位置误差量Sr、载体的速度误差量SV及载体的姿态角误差量也， 即x= [Sr，SV，也]\则组合导航姿态估计系统的系统方程为= + 式中：
离散的组合导航姿态估计系统的 系统方程为：xk+1=<i>kXk+?k，式中，为系数矩阵，<1)1<=1!?9 +^1：;&1：为1^3传感器 的采样率；为系统噪声；
[0022] 设定组合导航姿态估计的观测量4为微机械陀螺和微机械加速度计计算 的位置rINS和速度vINS与单基线GPS输出的位置rSPS和速度v^的差值，S卩：观测量
[0023] 2)建立动中通组合导航量测方程Zk=Hkxk+ek，ek为量测噪声，求解量测方程系数 矩阵Hk;
[0024] 3)根据GPS的收星数目对观测量及测量矩阵进行修正，然后根据系统方程、及观 测量及测量矩阵使用扩展卡尔曼滤波进行姿态解算，得载体的三维姿态角，然后根据载体 的三维姿态角控制三个电机调整天线波束的方向，使天线对准卫星。
[0025]当单基线GPS(3)收星数目大于6时，使用单基线GPS提供的航向角作为辅助， 将单基线GPS输出的航向角作为载体的航向角，此外，在量测方程中增加对航向角误差的 观测，进一步提高姿态角的估计精度，单基线GPS由两个GPS天线和用户接收机组成，单 基线GPS中的两个GPS天线分别前后安装于载体的纵轴上，若两个GPS天线连线构成的 基线矢量的长度为b，则基线矢量在载体坐标系的坐标为（0b0)T。单基线GPS基线矢 量在导航坐标系的坐标也可以通过GPS接收机进行数据解算获得，设其为（xyz)T，由单 基线GPS在b系中的位置矢量和n系中的位置矢量之间的转换关系得
单 基线GPS输出的载体的航向角为
量测方程中增加对航向角误差的观测，即 单基线GPS的航向角与微机械陀螺微分得到的航向角的差值，此时量测方程系数矩阵为：
[0026] 当单基线GPS收星数目大于4小于6时，使用单基线GPS单个GPS天线提供的航 迹角作为辅助，通过使用单天线GPS航迹角辅助观测解决组合姿态估计算法航向角可观性 弱、姿态角估计值易发散的问题；通过自适应控制算法，降低航迹角的测量误差对姿态估计 的影响；通过转弯判断规则判定载体的运动状态，载体不转弯时，使用单天线GPS的航迹角 作为载体的航向角也，其中，GPS航迹角也v可表示为
，式中，ve、vj别是 导航坐标系下单天线GPS测得的东向、北向速度；当载体转弯时，利用陀螺的短时精度积 分得到载体的姿态角，转弯判断规则为
| 为航向角噪声对应的方差， ?2为微机械航向陀螺的角速率输出值，A为转弯判定阀值。当I?Z|>A时，不使用单天线GPS的航迹角输出信息，在短时间内，依靠MEMS陀螺的积分值保证航向角的有效输出，则量 测方程系数矩阵
[0027] 卡尔曼滤波也可分为时间更新和量测更新两大步，时间更新：一步 误差协方差
测量更新：自适应滤波增益矩阵：
式中：
eN'eE'e 0分 别为姿态角的N、E、D方向误差，状态量估计值=兔-匕），误差协方差矩阵： Pn^a-KJlJP^i，上述过程，夂、之、么、I可以使用时变噪声估计器递推而获取。
[0028] 当单基线GPS信号无效时，依靠微机械陀螺的短时精度维持系统的输出，但当遮 挡时间过长时需要重新捕获。
[0029] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
【主权项】
1. 一种动中通卫星通信系统的自适应组合导航天线波束控制方法，其特征在于，包括 W下步骤： 1) 建立动中通卫星通信系统的系统方程，其中，组合导航姿态估计系统的状态量X 选取为载体的位置误差量5r、载体的速度误差量5V及载体的姿态角误差量IKx= [5r，5v，il)]T，同时，主控制器设定动中通组合导航姿态估计的观测量Zk，其中，设定组合 导航姿态估计的观测量Zk为微机械巧螺和微机械加速度计输出的位置rIWS和速度VIWS与单 基线GPS输出的位置和速度VWS的差值，即其中，&W、Aiw、hiw和口G化、分别为微机械惯性测量单元和GPS测得的缔 度、经度和高程信息； 2) 建立动中通组合导航量测方程，求解动中通组合导航量测方程，得量测方程系数矩 阵Hk; 3) 然后根据动中通卫星通信系统的系统方程、量测方程系数矩阵Hk、W及主控制器设 定动中通组合导航姿态估计的观测量Zk使用扩展卡尔曼滤波进行姿态解算，得载体的=维 姿态角，然后根据载体的=维姿态角控制=个电机调整天线波束的方向，是天线对准卫星。2. 根据权利要求1所述的动中通卫星通信系统的自适应组合导航 天线波束控制方法，其特征在于，当组合导航姿态估计系统的状态量X选 取为载体的位置误差量5r、载体的速度误差量5v及载体的姿态角误 差量时，中动中通卫星通信系统的系统方程为：丈=扮+巧W，其中："为位置与位 置的自相关系数，。"为位置与速度的互相关系数，Fyy为速度与速度的自相关系数，F"为速 度与位置的互相关系数，Fw为姿态与位置间的互相关系数，FW为姿态与速度间的互相关系 数，C为方向余弦矩阵，5fb为载体系比力测量误差，沒馆为惯性系与地理系间的相对角速 率误差。3. 根据权利要求1所述的动中通卫星通信系统的自适应组合导航天线波束 控制方法，其特征在于，当单基线GI^S收星数目大于6时，量测方程系数矩阵为13X3^3X34. 根据权利要求1所述的动中通卫星通信系统的自适应组合导航天线波束控制方法， 其特征在于，当单基线GI^S收星数目大于4小于6时，量测方程系数矩阵Hk的表达式为： 误差。￡w、Ee及eD分别为姿态角在N方向、E方向及D方向的
【专利摘要】本发明公开了一种动中通卫星通信系统的自适应组合导航天线波束控制方法，包括以下步骤：1)建立动中通卫星通信系统的系统方程，组合导航姿态估计系统的状态量x选取为载体的位置误差量δr、载体的速度误差量δv及载体的姿态角误差量ψ，同时主控制器设定动中通组合导航姿态估计算法的观测量；2)根据载体行驶环境的不同，建立相应的动中通组合导航量测方程，求解量测方程系数矩阵Hk；3)使用自适应扩展卡尔曼滤波进行姿态解算，得载体的三维姿态角，然后根据载体的三维姿态角控制三个电机调整天线波束的方向，是天线对准卫星。本发明能够实现该方法可以实现天线与卫星的准确对准，并且成本低。
【IPC分类】H04B7/06, H04B7/185
【公开号】CN105007109
【申请号】CN201510394622
【发明人】贾维敏, 赵建伟, 金伟, 王榕, 于强, 赵丽美, 郝路瑶, 赵鹏, 丁铭
【申请人】中国人民解放军第二炮兵工程大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月7日