本發(fā)明涉及天線測(cè)向技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)載雙天線測(cè)向方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)飛行載體的定位采用絕對(duì)定位方式，這種定位方法容易受到衛(wèi)星誤差、大氣傳播誤差等因素的影響，定位誤差較大，往往不能體現(xiàn)載波相位高精度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，需要提出一種相對(duì)定位方法對(duì)飛行載體實(shí)現(xiàn)定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種機(jī)載雙天線測(cè)向方法及裝置，可以盡量消除各種誤差干擾的影響，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地得到兩個(gè)天線的坐標(biāo)，采用航向解算方法和載波相對(duì)定位原理可以很容易確定所要測(cè)量的具體數(shù)據(jù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種機(jī)載雙天線測(cè)向方法，包括如下步驟：

步驟s1，采用載波相位測(cè)量定位方法計(jì)算出機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)；

步驟s2，根據(jù)所述機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)，計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的方向向量；

步驟s3，根據(jù)所述方向向量計(jì)算載體的航向角和俯仰角。

進(jìn)一步，在所述步驟s1中，計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的向量方向，包括：

設(shè)置機(jī)載第一天線的坐標(biāo)為(x1,y1,z1)，機(jī)載第二天線的坐標(biāo)為(x2,y2,z2)；

計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的方向向量，沿x,y,z軸三個(gè)方向的分量為：

δx＝x2-x1；δy＝y(tǒng)2-y1；δz＝z2-z1。

進(jìn)一步，在所述步驟s2中，計(jì)算載體的航向角和俯仰角θ分別為：

本發(fā)明實(shí)施例還提出一種機(jī)載雙天線測(cè)向裝置，包括：天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊、方向向量計(jì)算模塊和角度計(jì)算模塊，其中，

所述天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊用于采用載波相位測(cè)量定位方法計(jì)算出機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)；

所述方向向量計(jì)算模塊與所述天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊相連，用于根據(jù)所述機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)，計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的方向向量；

所述角度計(jì)算模塊與所述方向向量計(jì)算模塊相連，用于根據(jù)所述方向向量計(jì)算載體的航向角和俯仰角。

進(jìn)一步，所述方向向量計(jì)算模塊計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的向量方向，包括：

設(shè)置機(jī)載第一天線的坐標(biāo)為(x1,y1,z1)，機(jī)載第二天線的坐標(biāo)為(x2,y2,z2)；

計(jì)算由所述機(jī)載第一天線指向所述機(jī)載第二天線的方向向量，沿x,y,z軸三個(gè)方向的分量為：

δx＝x2-x1；δy＝y(tǒng)2-y1；δz＝z2-z1。

進(jìn)一步，所述角度計(jì)算模塊計(jì)算載體的航向角和俯仰角θ分別為：

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向方法及裝置，采用載波相位測(cè)量定位技術(shù)獲取機(jī)載雙天線的坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算方向向量，進(jìn)而根據(jù)方向向量計(jì)算出載體的航向角和俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的定位跟蹤。本發(fā)明采用航向解算方法和載波相對(duì)定位原理，從而可以很容易確定所要測(cè)量的具體數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)采用載波相位測(cè)量定位技術(shù)，可以盡量消除各種誤差干擾的影響，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地得到兩個(gè)天線的坐標(biāo)，這種方式獲取的天線坐標(biāo)準(zhǔn)確率更高。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方向向量的姿態(tài)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的載波相位測(cè)量示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的載波相位測(cè)量原理示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向方法，包括如下步驟：

步驟s1，采用載波相位測(cè)量定位方法計(jì)算出機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)。

下面首先對(duì)載波相位測(cè)量定位方法的原理進(jìn)行說(shuō)明。

北斗/gps定位定向設(shè)備的核心定位算法是載波相位測(cè)量定位，由于其載波波長(zhǎng)短，因而在測(cè)量精度上擁有較明顯的優(yōu)勢(shì)，能達(dá)到很高的測(cè)量精度。載波相位測(cè)量定位方法是將bd接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)晶振產(chǎn)生的參考信號(hào)的相位差作為觀測(cè)量。在接收到的bd信號(hào)中，由于載波信號(hào)已進(jìn)行相位調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)載波相位已不再連續(xù)，所以需要對(duì)載波相位進(jìn)行解調(diào)并重建載波。載波信號(hào)不能直接使用，必須在解調(diào)之后，才可以便可以用于載波相位測(cè)量。

如圖3所示，衛(wèi)星s發(fā)出初始相位為的載波信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸距離ρ后到達(dá)接收機(jī)u處，此時(shí)信號(hào)的相位為由此可知由s至u的相位變化為信號(hào)的傳輸距離為ρ，相位變化為其中既包括了載波相位的整周數(shù)變化和變化不足一周的小數(shù)部分。衛(wèi)星s到接收機(jī)u的距離ρ可以表示為：

式(1)中，n0為載波相位的整周數(shù)，為載波相位變化不足一周的小數(shù)部分，λ為bd信號(hào)載波的波長(zhǎng)。

在實(shí)際觀測(cè)中，是由衛(wèi)星發(fā)出的，無(wú)法直接測(cè)量。相位測(cè)量過(guò)程中，需要在復(fù)現(xiàn)一個(gè)頻率和相位與衛(wèi)星載波信號(hào)完全相同的本地信號(hào)。利用本地復(fù)現(xiàn)信號(hào)的相位與衛(wèi)星載波信號(hào)的相位比對(duì)。接收機(jī)的振蕩器能夠產(chǎn)生這個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)。下圖表示了載波相位測(cè)量的原理。

如圖4所示，載波信號(hào)測(cè)量時(shí)，當(dāng)觀測(cè)時(shí)間為t0時(shí)，接收機(jī)基準(zhǔn)信號(hào)的載波相位為接收機(jī)收到衛(wèi)星載波信號(hào)的相位為測(cè)定此時(shí)的相位差為表達(dá)式為：

式(2)中為整周載波數(shù)。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，整周數(shù)部分是無(wú)法直接確定，只能測(cè)量不足一周的小數(shù)部分所以將稱(chēng)為整周模糊度。

首次測(cè)量后，接收機(jī)跟蹤衛(wèi)星，連續(xù)測(cè)量載波信號(hào)的整周相位變化。從t0到t1時(shí)刻，測(cè)得的整周模糊度為δn；在t1時(shí)刻，接收機(jī)基準(zhǔn)載波信號(hào)相位為和接收到衛(wèi)星載波信號(hào)相位為兩者間的關(guān)系式為：

依此類(lèi)推，在時(shí)間tj時(shí)刻，接收機(jī)接收到了ti時(shí)刻發(fā)出的衛(wèi)星信號(hào)，其傳輸時(shí)間為δτ＝tj-ti.考慮到衛(wèi)星時(shí)鐘和接收機(jī)時(shí)鐘同系統(tǒng)時(shí)鐘的差值，得到ti＝ti+δti和tj＝tj+δtj，其中ti和tj分別為衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘面時(shí)刻，δti和δtj分別為ti和tj時(shí)刻的鐘差。根據(jù)上式，得到tj的載波觀測(cè)量：

式(4)中δn表示首次觀測(cè)到時(shí)刻tj時(shí)的整周模糊度變化量。

震蕩頻率較為穩(wěn)定是衛(wèi)星時(shí)鐘和接收機(jī)時(shí)鐘的基本特點(diǎn)，因此可以將信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系近似表示為：

上式中f為信號(hào)頻率，δτ為微小時(shí)間間隔。

設(shè)f^s為衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率，fu為接收機(jī)產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率，且f^s＝fu＝f，考慮tj＝ti+δτ,則有

根據(jù)式(5)和式(6)，式(4)可以改寫(xiě)為

考慮ρion和ρtro為包含在傳播距離ρ中的電離層和對(duì)流層誤差對(duì)定位的影響，則有

上式中c為電磁波傳播速度亦即是光速，ρ為從衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，代入式(7)得到

式(8)即為接收機(jī)u對(duì)衛(wèi)星s的載波相位方程。方程右邊各項(xiàng)均含有未知數(shù)，采用線性化方法，對(duì)進(jìn)行ρ線性化。實(shí)際測(cè)量中是未知的，需要使用一定的方法才能確定。

采用上述載波相位測(cè)量定位方法，可以盡量消除各種誤差干擾的影響，例如大氣誤差和衛(wèi)星誤差的干擾，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地得到兩個(gè)天線的坐標(biāo)。

步驟s2，根據(jù)機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)，計(jì)算由機(jī)載第一天線指向機(jī)載第二天線的方向向量。

具體地，載體在測(cè)向或測(cè)姿時(shí)，需要確定第一天線指向第二天線的向量方向。當(dāng)在三維空間中確定此向量方向后，載體的二維姿態(tài)(航向角和俯仰角)就完全的確定下來(lái)。

為此，在本步驟中，首先計(jì)算由機(jī)載第一天線指向機(jī)載第二天線的方向向量。

設(shè)第一天線位于點(diǎn)a也就是原點(diǎn)位置，第二天線位于點(diǎn)b，其分別對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)。

如圖2所示，當(dāng)解算確定a，b兩點(diǎn)在wgs-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)后，由a點(diǎn)指向b點(diǎn)的向量分別沿x,y,z軸三個(gè)方向的分量為：

δx＝x2-x1；

δy＝y(tǒng)2-y1；

δz＝z2-z1(10)

步驟s3，根據(jù)方向向量計(jì)算載體的航向角和俯仰角。

根據(jù)步驟s2中計(jì)算得到的由a點(diǎn)指向b點(diǎn)的向量沿x,y,z軸三個(gè)方向的分量，計(jì)算載體的航向角和俯仰角θ分別為：

其中，向量確定的航向角為在xoy平面上的投影與y軸的夾角；向量確定的俯仰角θ為與xoy平面的夾角。

需要說(shuō)明的是：在測(cè)向過(guò)程中航向角的變化范圍為0～360°，俯仰角θ的變化范圍為-90～+90°。由地理坐標(biāo)系的定義知道x軸指向正東方，其又被稱(chēng)為東北天坐標(biāo)系，所以偏航角也可看成向量或載體與正東方的夾角。由此，通過(guò)坐標(biāo)變化以及基線向量的三維空間處理，只要確定了兩個(gè)天線的空間坐標(biāo)，即可很方便的計(jì)算出向量的航向角和俯仰角，實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的定位跟蹤。

如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向裝置，包括：天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊1、方向向量計(jì)算模塊2和角度計(jì)算模塊3。

具體地，天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊1用于采用載波相位測(cè)量定位方法計(jì)算出機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)。

采用上述載波相位測(cè)量定位方法，可以盡量消除各種誤差干擾的影響，例如大氣誤差和衛(wèi)星誤差的干擾，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地得到兩個(gè)天線的坐標(biāo)。設(shè)計(jì)算得到的第一天線位于點(diǎn)a也就是原點(diǎn)位置，第二天線位于點(diǎn)b，其分別對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)。

方向向量計(jì)算模塊2與天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊1相連，用于根據(jù)機(jī)載第一天線和機(jī)載第二天線的空間坐標(biāo)，計(jì)算由機(jī)載第一天線指向機(jī)載第二天線的方向向量。

當(dāng)天線空間坐標(biāo)測(cè)量模塊1解算確定a，b兩點(diǎn)在wgs-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)后，方向向量計(jì)算模塊2計(jì)算由a點(diǎn)指向b點(diǎn)的向量分別沿x,y,z軸三個(gè)方向的分量為：

δx＝x2-x1；

δy＝y(tǒng)2-y1；

δz＝z2-z1。

角度計(jì)算模塊3與方向向量計(jì)算模塊2相連，用于根據(jù)方向向量計(jì)算載體的航向角和俯仰角。其中，

表1示出了本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向裝置的參數(shù)。

表1

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)載雙天線測(cè)向方法及裝置，采用載波相位測(cè)量定位技術(shù)獲取機(jī)載雙天線的坐標(biāo)，并根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算方向向量，進(jìn)而根據(jù)方向向量計(jì)算出載體的航向角和俯仰角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的定位跟蹤。本發(fā)明采用航向解算方法和載波相對(duì)定位原理，從而可以很容易確定所要測(cè)量的具體數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)采用載波相位測(cè)量定位技術(shù)，可以盡量消除各種誤差干擾的影響，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確地得到兩個(gè)天線的坐標(biāo)，這種方式獲取的天線坐標(biāo)準(zhǔn)確率更高。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。