一种载体姿态测量方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于姿态测量技术领域，具体地说，是涉及一种载体姿态测量方法及载体 姿态测量设备。
【背景技术】
[0002] 姿态测量是航空、航天、航海以及陆地导航系统的关键技术之一。北斗卫星导航系 统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，简称为BDS，早期也称作COMPASS)是我国自行 研制发展、独立运行的全球卫星定位与通信系统，是继美国（GPS)、俄国（GLONASS)之后第 三个已经投入运行的成熟的卫星导航系统。
[0003] 随着北斗二代导航卫星系统的快速发展，利用北斗卫星组成姿态测量系统来测量 载体的姿态迅速成为一个重要的研究方向。
[0004]目前使用的姿态测量方法主要是组建双差观测方程，使用LAMBDA方法解算模糊 度，从而求解基线向量，进而获得载体姿态，但是使用LAMBDA方法解算模糊度，模糊度解算 成功率较低，从而影响了载体姿态的获得，不利于姿态测量技术的发展。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种载体姿态测量方法，提高了模糊度解算成功率。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：
[0007] -种载体姿态测量方法，包括下述步骤：
[0008] (1)获得当前历元下多个观测卫星的观测值；
[0009] (2)利用伪距差分技术对观测值进行粗差检查；
[0010] 如果没通过检查，退出当前历元，将下一历元设为当前历元，返回（1);
[0011] 如果通过检查，进入（3);
[0012] (3)建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型；
[0013] (4)利用最小二乘法求解基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型的模糊度 浮点解及其协因数阵；
[0014] (5)使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值；
[0015](6)对每一组模糊度备选值进行二次约束；
[0016](7)对所有通过二次约束的模糊度备选值使用累积中误差算法，获得正确的模糊 度；
[0017] (8)使用正确的模糊度解算基线向量；
[0018](9)通过基线向量获得载体姿态。
[0019] 进一步的，所述步骤（2)具体包括下述步骤：
[0020] (21)建立站间伪距单差模型；
[0021] (22)利用最小二乘法求解中误差，并判断中误差是否大于阈值；
[0022] 如果中误差大于阈值，说明存在粗差，进入（23);
[0023] 如果中误差不大于阈值，说明不存在粗差，进入（24);
[0024] (23)判断当前历元的有效观测卫星数量是否大于1 ;
[0025] 如果大于1，求解观测卫星的残差，找出残差最大的观测卫星，将残差最大的观测 卫星设为当前历元的无效观测卫星，并丢弃该观测卫星的观测值，返回（22);
[0026] 如果不大于1，进入（25);
[0027] (24)判断当前历元的有效观测卫星的数量是否小于预设卫星数；
[0028] 如果小于，进入（25);
[0029] 如果不小于，进入（26);
[0030] (25)失败，说明没通过检查，退出；
[0031] (26)成功，说明通过检查，退出。
[0032] 又进一步的，所述建立基线约束定向的观测模型包括下述步骤：
[0033] (31)建立载波相位站星双差观测方程；
[0034] (32)建立伪距双差观测方程；
[0035] (33)建立基线约束虚拟观测方程；
[0036] (34)综合上述三个观测方程，获得基线约束定向的观测模型。
[0037] 更进一步的，在所述步骤（4)之前还运行模糊度桥接步骤，如果桥接成功，则直接 进入步骤（8)，如果桥接失败，则进入步骤（4)。
[0038] 优选的，所述模糊度桥接具体包括下述步骤：
[0039] (al)判断是否成功获取历史历元的正确模糊度；
[0040] 如果没有成功获取，桥接失败，退出；
[0041] 如果成功获取，进入（a2);
[0042] (a2)判断参考卫星是否发生变化；
[0043] 如果发生变化，进入（a3);
[0044] 如果没发生变化，进入（a4);
[0045] (a3)将获取的模糊度按照当前历元的参考卫星进行参数变换；
[0046] (a4)获取共视卫星；
[0047] (a5)判断共视卫星的数量是否小于预设卫星数；
[0048] 如果小于，桥接失败，退出；
[0049] 如果不小于，进入（a6);
[0050] (a6)判断当前历元与获取的模糊度对应的历元是否有相同的共视卫星；
[0051] 如果没有，桥接失败，退出；
[0052] 如果有，进入（a7);
[0053] (a7)判断当前历元与获取的模糊度对应的历元是否有不相同的共视卫星；
[0054] 如果有，计算出新的共视卫星的模糊度，然后输出当前历元的正确模糊度，桥接成 功，退出；
[0055] 如果没有，输出当前历元的正确模糊度，桥接成功，退出。
[0056] 进一步的，在使用LAMBDA方法进行模糊度搜索中，通过扩大搜索体积和备选值数 量的方法，获得多组模糊度备选值。
[0057] 又进一步的，所述对每一组模糊度备选值进行二次约束是指对每一组模糊度备选 值进行基线长度约束、姿态约束和中误差约束。
[0058] 再进一步的，对所有通过二次约束的模糊度备选值使用累积中误差算法获得正确 的模糊度是指对所有通过二次约束的模糊度备选值按照累积中误差进行排序，找出累积中 误差最小的模糊度备选值，获得该模糊度备选值的累积成功次数，如果该累积成功次数大 于设定次数，则该模糊度备选值为正确的模糊度备选值。
[0059] 优选的，所述预设卫星数为5。
[0060] 本发明还提出了一种载体姿态测量设备，包括数字信号处理器、两个北斗B1天 线、两个北斗B1单频接收机，第一北斗B1天线安装在载体一端，第二北斗B1天线安装在载 体另一端；第一北斗B1单频接收机接收所述第一北斗B1天线发送的数据，并传输至所述数 字信号处理器；第二北斗B1单频接收机接收所述第二北斗B1天线发送的数据，并传输至所 述数字信号处理器；所述数字信号处理器运行权利要求1至8中任一项所述的载体姿态测 量方法，输出载体姿态。
[0061]与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的载体姿态测量方法，通过 采用LAMBDA、二次约束以及累积中误差算法，提高了模糊度解算成功率，进而提高了获得载 体姿态的成功率，促进了姿态测量技术的发展；本发明的载体姿态测量设备实现了实时动 态高精度定向，且成本低、集成度高。
[0062]结合附图阅读本发明的【具体实施方式】后，本发明的其他特点和优点将变得更加清 楚。
【附图说明】
[0063]图1是本发明提出的载体姿态测量方法的一个实施例的流程图；
[0064]图2是本发明提出的载体姿态测量方法的又一个实施例的流程图；
[0065] 图3是图2中利用伪距单差技术对观测值进行粗差检查的一个实施例的流程图；
[0066]图4是图2中模糊度桥接的一个实施例的流程图；
[0067]图5是本发明提出的载体姿态测量方法的再一个实施例的流程图；
[0068] 图6是本发明提出的载体姿态测量设备的一个实施例的结构框图。
【具体实施方式】
[0069] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例， 对本发明作进一步详细说明。
[0070] 在被测载体的两端安装有第一天线和第二天线，第一天线接收的数据传输给第一 接收机，第二天线接收的数据传输给第二接收机，第一接收机和第二接收机将接收到的数 据传输给数据处理器，数据处理器进行数据处理，计算出载体的姿态。第一天线和第一接收 机组成第一测站（测站1)，第二天线和第二接收机组成第二测站（测站2)。
[0071] 实施例一、参见图1所示，本实施例的载体姿态测量方法包括下述步骤：
[0072] 步骤101:流程开始。
[0073] 步骤102 :获得当前历元下多个观测卫星的观测值。
[0074] 第一测站和第二测站分别获得当前历元下多个观测卫星的载波相位、伪距、多普 勒、星历数据等观测值。
[0075] 步骤103:利用伪距单差技术对观测