本發(fā)明涉及利用gps衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)載體進(jìn)行姿態(tài)解算的方法，具體涉及到一種基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法。

背景技術(shù)：

gps它不僅具有全球性、全天候和連續(xù)的精密三維定位能力，而且能實(shí)時(shí)地對(duì)載體的速度、姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量以及精密授時(shí)。gps姿態(tài)測(cè)量技術(shù)是近年來衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，隨著gps接收機(jī)研制成本的降低，以及載波相位技術(shù)的日漸提高，基于gps載波相位載體姿態(tài)測(cè)量技術(shù)的方法可以較好的克服傳統(tǒng)測(cè)量手段的缺點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)安裝在載體上的gps天線間的精確相對(duì)定位。利用這些精確相對(duì)定位的數(shù)據(jù)，可以很方便的計(jì)算載體的姿態(tài)或航向；同時(shí)還可以完成運(yùn)載體的定位和授時(shí)，并且受環(huán)境的影響小，能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行高精度測(cè)姿任務(wù)，這使得gps姿態(tài)測(cè)量成為近幾年研究的熱點(diǎn)之一。利用gps載波相位觀測(cè)量進(jìn)行定向和定姿的研究為gps開辟了又一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為充分利用gps定位系統(tǒng)對(duì)載體進(jìn)行定位測(cè)姿，提高載體定位測(cè)姿的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，本發(fā)明提出一種基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法。

本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法，在剛性載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)gps信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，使得兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成了一個(gè)二維基線向量；利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b；利用整周單差模糊度求得基線向量如果基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1，則采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿；否則，重新求得基線向量bab和直至滿足兩者乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1；所述基線向量真實(shí)長(zhǎng)度是指兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成的二維基線向量的長(zhǎng)度的絕對(duì)值，可直接測(cè)量得到；所述閾值ε1為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％。

進(jìn)一步的，所述利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b，包括以下步驟：

s201、設(shè)接收機(jī)a的坐標(biāo)為(x1、y1、z1)且直接采用單點(diǎn)定位結(jié)果，接收機(jī)b的坐標(biāo)為(x2、y2、z2)且為待求量，接收機(jī)a與接收機(jī)b的距離很近，直接將已知的接收機(jī)a的坐標(biāo)當(dāng)做接收機(jī)b的概略坐標(biāo)，(δx、δy、δz)為接收機(jī)b的修正量；

s202、設(shè)有接收機(jī)a和接收機(jī)b于t時(shí)刻同時(shí)觀測(cè)到兩顆衛(wèi)星，于是雙差載波相位觀測(cè)方程為：

為簡(jiǎn)化運(yùn)算，將式(2)簡(jiǎn)化為下式(3)：

式(1)、(2)和(3)中，表示雙差運(yùn)算，為表示載波雙差觀測(cè)值的小數(shù)部分，為距離的雙差，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測(cè)噪聲，表示對(duì)流層誤差，為電離層誤差；

s203、設(shè)有效衛(wèi)星的個(gè)數(shù)為n，其中一顆作為雙差觀測(cè)的基本量，可得到n-1個(gè)雙差方程，對(duì)式(3)進(jìn)行線性化處理，其雙差模式下的觀測(cè)方程都可以用下面的線性方程概括：

y＝hx+λn+v(4)

式(4)中，h為觀測(cè)矩陣，即天線指向衛(wèi)星的余弦參數(shù)差值，x為接收機(jī)ⅱ的坐標(biāo)修正量；y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；λ為載波波長(zhǎng)，n為雙差整周模糊度向量，v為觀測(cè)誤差噪聲向量；

s204、利用正余弦函數(shù)對(duì)2π整數(shù)倍的不敏感性，對(duì)航向角α、俯仰角β和整周模糊度定義自適應(yīng)度函數(shù)f(β,α)，且分別對(duì)搜索結(jié)果獲得的浮點(diǎn)解的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，假設(shè)衛(wèi)星的數(shù)量為n，將有n-1個(gè)雙差整周模糊度，適應(yīng)度函數(shù)定義為；

式(5)中，f(β,α)為定義的適應(yīng)度函數(shù)，為雙差整周模糊度浮點(diǎn)解；

正確姿態(tài)角的適應(yīng)度函數(shù)取值最大值為1，在誤差很小的情況下，對(duì)于正確的姿態(tài)角α、β，浮點(diǎn)解應(yīng)為整數(shù)或十分接近整數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)值十分接近于1；以此為原則將合適的浮點(diǎn)解四舍五入即可得到整周模糊度值；

s205、在確定整周模糊度值后，利用最小二乘估計(jì)方法得到天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x：

x＝(h^t·h)^-1h^t·y(6)

式(6)中，x為天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值，h表示觀測(cè)矩陣，y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；

s206、根據(jù)天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x，求得天線ⅱ的真實(shí)坐標(biāo)；利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出基線向量的值ba,b。

進(jìn)一步的，所述利用整周單差模糊度求得基線向量包括以下步驟：

在短基線定向中，整周單差模糊度求解公式如下：

式(7)中，ba,b為基線向量，s^j和s^k分別是接收機(jī)到衛(wèi)星j和k的單位矢量，所以只需要確定整周單差

由于基線的長(zhǎng)度不超過載波波長(zhǎng)的1/2，即：

式(8)、(9)中，s^j表示接收機(jī)到衛(wèi)星j的單位矢量，bab為基線向量；

將不等式(8)、(9)代入到式(7)中，得到：

對(duì)式(10)取整運(yùn)算：

故有：

由式(12)可以看出，當(dāng)同時(shí)觀測(cè)到三顆衛(wèi)星時(shí)，由取整法可以獲得三個(gè)通過三個(gè)即可求得基線向量

進(jìn)一步的，所述基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1如下式所示：

式(13)中，ba，b和分別為利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出的基線向量的值和利用整周單差模糊度求得的基線向量的值，l為事先測(cè)量確定的基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的絕對(duì)值，ε1為閾值，取值為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％。

進(jìn)一步的，所述采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿，包括：

設(shè)基線向量ba,b坐標(biāo)為(x12，y12，z12)，則載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β分別為：

進(jìn)一步的，本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法，包括以下步驟：

s1、在剛性載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)gps信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，使得兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成了一個(gè)二維基線向量；

s2、利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b，包括：

s201、設(shè)接收機(jī)a的坐標(biāo)為(x1、y1、z1)且直接采用單點(diǎn)定位結(jié)果，接收機(jī)b的坐標(biāo)為(x2、y2、z2)且為待求量，接收機(jī)a與接收機(jī)b的距離很近，直接將已知的接收機(jī)a的坐標(biāo)當(dāng)做接收機(jī)b的概略坐標(biāo)，(δx、δy、δz)為接收機(jī)b的修正量；

s202、設(shè)有接收機(jī)a和接收機(jī)b于t時(shí)刻同時(shí)觀測(cè)到兩顆衛(wèi)星，于是雙差載波相位觀測(cè)方程為：

為簡(jiǎn)化運(yùn)算，將式(2)簡(jiǎn)化為下式(3)：

式(1)、(2)和(3)中，表示雙差運(yùn)算，為表示載波雙差觀測(cè)值的小數(shù)部分，為距離的雙差，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測(cè)噪聲，表示對(duì)流層誤差，為電離層誤差；

s203、設(shè)有效衛(wèi)星的個(gè)數(shù)為n，其中一顆作為雙差觀測(cè)的基本量，可得到n-1個(gè)雙差方程，對(duì)式(3)進(jìn)行線性化處理，其雙差模式下的觀測(cè)方程都可以用下面的線性方程概括：

y＝hx+λn+v(4)

式(4)中，h為觀測(cè)矩陣，即天線指向衛(wèi)星的余弦參數(shù)差值，x為接收機(jī)ⅱ的坐標(biāo)修正量；y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；λ為載波波長(zhǎng)，n為雙差整周模糊度向量，v為觀測(cè)誤差噪聲向量；

s204、利用正余弦函數(shù)對(duì)2π整數(shù)倍的不敏感性，對(duì)航向角α、俯仰角β和整周模糊度定義自適應(yīng)度函數(shù)f(β,α)，且分別對(duì)搜索結(jié)果獲得的浮點(diǎn)解的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，假設(shè)衛(wèi)星的數(shù)量為n，將有n-1個(gè)雙差整周模糊度，適應(yīng)度函數(shù)定義為；

式(5)中，f(β,α)為定義的適應(yīng)度函數(shù)，為雙差整周模糊度浮點(diǎn)解；

正確姿態(tài)角的適應(yīng)度函數(shù)取值最大值為1，在誤差很小的情況下，對(duì)于正確的姿態(tài)角α、β，浮點(diǎn)解應(yīng)為整數(shù)或十分接近整數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)值十分接近于1；以此為原則將合適的浮點(diǎn)解四舍五入即可得到整周模糊度值；

s205、在確定整周模糊度值后，利用最小二乘估計(jì)方法得到天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x：

x＝(h^t·h)^-1h^t·y(6)

式(6)中，x為天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值，h表示觀測(cè)矩陣，y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；

s206、根據(jù)天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x，求得天線ⅱ的真實(shí)坐標(biāo)；利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出基線向量的值ba,b；

s3、利用整周單差模糊度求得基線向量包括：

在短基線定向中，整周單差模糊度求解公式如下：

式(7)中，ba,b為基線向量，s^j和s^k分別是接收機(jī)到衛(wèi)星j和k的單位矢量，所以只需要確定整周單差

由于基線的長(zhǎng)度不超過載波波長(zhǎng)的1/2，即：

式(8)、(9)中，s^j表示接收機(jī)到衛(wèi)星j的單位矢量，bab為基線向量；

將不等式(8)、(9)代入到式(7)中，得到：

對(duì)式(10)取整運(yùn)算：

故有：

由式(12)可以看出，當(dāng)同時(shí)觀測(cè)到三顆衛(wèi)星時(shí)，由取整法可以獲得三個(gè)通過三個(gè)即可求得基線向量

s4、采用下式計(jì)算基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值并與閾值ε1相比較：

式(13)中，ba,b和分別為利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出的基線向量的值和利用整周單差模糊度求得的基線向量的值，l為事先測(cè)量確定的基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的絕對(duì)值，ε1為閾值，取值為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％；

如果式(13)成立，則順序執(zhí)行步驟s5；否則，返回執(zhí)行步驟s2，直至式(13)成立；

s5、采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿，包括：

設(shè)基線向量ba,b坐標(biāo)為(x12，y12，z12)，則載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β分別為；

本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的有益技術(shù)效果是提出了一種求解整周模糊度問題的算法，通過兩種不同方法求解基線向量確定姿態(tài)，通過設(shè)計(jì)程序語(yǔ)言驗(yàn)證算法的可行性，保證了求解整周模糊度的快速性與準(zhǔn)確性，有效提高了載體定位測(cè)姿的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的系統(tǒng)框架圖。

附圖2為本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的算法框架圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

附圖1為本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的系統(tǒng)框架圖，附圖2為本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的算法框架圖。由圖可知，本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法，在剛性載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)gps信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，使得兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成了一個(gè)二維基線向量；利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b；利用整周單差模糊度求得基線向量如果基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1，則采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿；否則，重新求得基線向量ba,b和直至滿足兩者乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1；所述基線向量真實(shí)長(zhǎng)度是指兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成的二維基線向量的長(zhǎng)度的絕對(duì)值，可直接測(cè)量得到；所述閾值ε1為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％。

可見，發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法充分利用gps定位系統(tǒng)對(duì)載體進(jìn)行定位測(cè)姿，提出了一種求解整周模糊度問題的算法，通過兩種不同方法求解基線向量確定姿態(tài)，通過設(shè)計(jì)程序語(yǔ)言驗(yàn)證算法的可行性，保證了求解整周模糊度的快速性與準(zhǔn)確性，有效提高了載體定位測(cè)姿的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

作為優(yōu)選，所述利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b，包括以下步驟：

s201、設(shè)接收機(jī)a的坐標(biāo)為(x1、y1、z1)且直接采用單點(diǎn)定位結(jié)果，接收機(jī)b的坐標(biāo)為(x2、y2、z2)且為待求量，接收機(jī)a與接收機(jī)b的距離很近，直接將已知的接收機(jī)a的坐標(biāo)當(dāng)做接收機(jī)b的概略坐標(biāo)，(δx、δy、δz)為接收機(jī)b的修正量；

s202、設(shè)有接收機(jī)a和接收機(jī)b于t時(shí)刻同時(shí)觀測(cè)到兩顆衛(wèi)星，于是雙差載波相位觀測(cè)方程為：

為簡(jiǎn)化運(yùn)算，將式(2)簡(jiǎn)化為下式(3)：

式(1)、(2)和(3)中，表示雙差運(yùn)算，為表示載波雙差觀測(cè)值的小數(shù)部分，為距離的雙差，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測(cè)噪聲，表示對(duì)流層誤差，為電離層誤差；

s203、設(shè)有效衛(wèi)星的個(gè)數(shù)為n，其中一顆作為雙差觀測(cè)的基本量，可得到n-1個(gè)雙差方程，對(duì)式(3)進(jìn)行線性化處理，其雙差模式下的觀測(cè)方程都可以用下面的線性方程概括：

y＝hx+λn+v(4)

式(4)中，h為觀測(cè)矩陣，即天線指向衛(wèi)星的余弦參數(shù)差值，x為接收機(jī)ⅱ的坐標(biāo)修正量；y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；λ為載波波長(zhǎng)，n為雙差整周模糊度向量，v為觀測(cè)誤差噪聲向量；

s204、利用正余弦函數(shù)對(duì)2π整數(shù)倍的不敏感性，對(duì)航向角α、俯仰角β和整周模糊度定義自適應(yīng)度函數(shù)f(β,α)，且分別對(duì)搜索結(jié)果獲得的浮點(diǎn)解的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，假設(shè)衛(wèi)星的數(shù)量為n，將有n-1個(gè)雙差整周模糊度，適應(yīng)度函數(shù)定義為；

式(5)中，f(β,α)為定義的適應(yīng)度函數(shù)，為雙差整周模糊度浮點(diǎn)解；

正確姿態(tài)角的適應(yīng)度函數(shù)取值最大值為1，在誤差很小的情況下，對(duì)于正確的姿態(tài)角α、β，浮點(diǎn)解應(yīng)為整數(shù)或十分接近整數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)值十分接近于1；以此為原則將合適的浮點(diǎn)解四舍五入即可得到整周模糊度值；

s205、在確定整周模糊度值后，利用最小二乘估計(jì)方法得到天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x：

x＝(h^t·h)^-1h^t·y(6)

式(6)中，x為天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值，h表示觀測(cè)矩陣，y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；

s206、根據(jù)天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x，求得天線ⅱ的真實(shí)坐標(biāo)；利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出基線向量的值ba,b。

并且，所述利用整周單差模糊度求得基線向量包括以下步驟：

在短基線定向中，整周單差模糊度求解公式如下：

式(7)中，ba,b為基線向量，s^j和s^k分別是接收機(jī)到衛(wèi)星j和k的單位矢量，所以只需要確定整周單差

由于基線的長(zhǎng)度不超過載波波長(zhǎng)的1/2，即：

式(8)、(9)中，s^j表示接收機(jī)到衛(wèi)星j的單位矢量，bab為基線向量；

將不等式(8)、(9)代入到式(7)中，得到：

對(duì)式(10)取整運(yùn)算：

故有：

由式(12)可以看出，當(dāng)同時(shí)觀測(cè)到三顆衛(wèi)星時(shí)，由取整法可以獲得三個(gè)通過三個(gè)即可求得基線向量

同時(shí)，所述基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值小于閾值ε1如下式所示：

式(13)中，ba,b和分別為利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出的基線向量的值和利用整周單差模糊度求得的基線向量的值，l為事先測(cè)量確定的基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的絕對(duì)值，ε1為閾值，取值為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％。

由此，所述采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿，包括：

設(shè)基線向量ba,b坐標(biāo)為(x12，y12，z12)，則載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β分別為：

可見，本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法，提出了一種求解整周模糊度問題的算法，通過兩種不同方法求解基線向量確定姿態(tài)，通過設(shè)計(jì)程序語(yǔ)言驗(yàn)證算法的可行性，保證了求解整周模糊度的快速性與準(zhǔn)確性。有效的解決了整周模糊度搜索空間范圍太大，模糊度搜索消耗時(shí)間長(zhǎng)，搜索效率低下導(dǎo)致成功率不高、原始的雙差整周模糊度相關(guān)性極高、周跳、實(shí)時(shí)性等現(xiàn)實(shí)問題。其基本算法思想為：假設(shè)接收機(jī)a為基準(zhǔn)站，利用載波相位雙差方程求解整周模糊度，進(jìn)而求出接收機(jī)b的位置坐標(biāo)，通過兩天線坐標(biāo)位置方向向量之間的關(guān)系，求解出載體的二維姿態(tài)信息。

附圖2為本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的算法框架圖，由圖可知，本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法，包括以下步驟：

s1、在剛性載體上呈幾何分布設(shè)置兩個(gè)gps信號(hào)接收天線且對(duì)應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)接收機(jī)，使得兩個(gè)gps信號(hào)接收天線構(gòu)成了一個(gè)二維基線向量；

s2、利用兩個(gè)gps信號(hào)接收天線的真實(shí)坐標(biāo)值求得基線向量ba,b，包括：

s201、設(shè)接收機(jī)a的坐標(biāo)為(x1、y1、z1)且直接采用單點(diǎn)定位結(jié)果，接收機(jī)b的坐標(biāo)為(x2、y2、z2)且為待求量，接收機(jī)a與接收機(jī)b的距離很近，直接將已知的接收機(jī)a的坐標(biāo)當(dāng)做接收機(jī)b的概略坐標(biāo)，(δx、δy、δz)為接收機(jī)b的修正量；

s202、設(shè)有接收機(jī)a和接收機(jī)b于t時(shí)刻同時(shí)觀測(cè)到兩顆衛(wèi)星，于是雙差載波相位觀測(cè)方程為：

為簡(jiǎn)化運(yùn)算，將式(2)簡(jiǎn)化為下式(3)：

式(1)、(2)和(3)中，表示雙差運(yùn)算，為表示載波雙差觀測(cè)值的小數(shù)部分，為距離的雙差，為雙差整周模糊度，為雙差載波相位觀測(cè)噪聲，表示對(duì)流層誤差，為電離層誤差；

s203、設(shè)有效衛(wèi)星的個(gè)數(shù)為n，其中一顆作為雙差觀測(cè)的基本量，可得到n-1個(gè)雙差方程，對(duì)式(3)進(jìn)行線性化處理，其雙差模式下的觀測(cè)方程都可以用下面的線性方程概括：

y＝hx+λn+v(4)

式(4)中，h為觀測(cè)矩陣，即天線指向衛(wèi)星的余弦參數(shù)差值，x為接收機(jī)ⅱ的坐標(biāo)修正量；y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；λ為載波波長(zhǎng)，n為雙差整周模糊度向量，v為觀測(cè)誤差噪聲向量；

s204、利用正余弦函數(shù)對(duì)2π整數(shù)倍的不敏感性，對(duì)航向角α、俯仰角β和整周模糊度定義自適應(yīng)度函數(shù)f(β,α)，且分別對(duì)搜索結(jié)果獲得的浮點(diǎn)解的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，假設(shè)衛(wèi)星的數(shù)量為n，將有n-1個(gè)雙差整周模糊度，適應(yīng)度函數(shù)定義為；

式(5)中，f(β,α)為定義的適應(yīng)度函數(shù)，為雙差整周模糊度浮點(diǎn)解；

正確姿態(tài)角的適應(yīng)度函數(shù)取值最大值為1，在誤差很小的情況下，對(duì)于正確的姿態(tài)角α、β，浮點(diǎn)解應(yīng)為整數(shù)或十分接近整數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)值十分接近于1；以此為原則將合適的浮點(diǎn)解四舍五入即可得到整周模糊度值；

s205、在確定整周模糊度值后，利用最小二乘估計(jì)方法得到天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x：

x＝(h^t·h)^-1h^t·y(6)

式(6)中，x為天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值，h表示觀測(cè)矩陣，y為已知向量，由接收機(jī)ⅰ及接收機(jī)ⅱ概略坐標(biāo)到衛(wèi)星的距離雙差和載波觀測(cè)雙差值構(gòu)成；

s206、根據(jù)天線ⅱ真實(shí)坐標(biāo)的修正值x，求得天線ⅱ的真實(shí)坐標(biāo)；利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出基線向量的值ba,b；

s3、利用整周單差模糊度求得基線向量包括：

在短基線定向中，整周單差模糊度求解公式如下：

式(7)中，ba,b為基線向量，s^j和s^k分別是接收機(jī)到衛(wèi)星j和k的單位矢量，所以只需要確定整周單差

由于基線的長(zhǎng)度不超過載波波長(zhǎng)的1/2，即：

式(8)、(9)中，s^j表示接收機(jī)到衛(wèi)星j的單位矢量，bab為基線向量；

將不等式(8)、(9)代入到式(7)中，得到：

對(duì)式(10)取整運(yùn)算：

故有：

由式(12)可以看出，當(dāng)同時(shí)觀測(cè)到三顆衛(wèi)星時(shí)，由取整法可以獲得三個(gè)通過三個(gè)即可求得基線向量

s4、采用下式計(jì)算基線向量ba,b和乘積的平方根值與基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的差的絕對(duì)值并與閾值ε1相比較：

式(13)中，ba,b和分別為利用兩天線的真實(shí)坐標(biāo)值解算出的基線向量的值和利用整周單差模糊度求得的基線向量的值，l為事先測(cè)量確定的基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的絕對(duì)值，ε1為閾值，取值為基線向量真實(shí)長(zhǎng)度的2％～5％；

如果式(13)成立，則順序執(zhí)行步驟s5；否則，返回執(zhí)行步驟s2，直至式(13)成立；

s5、采用基線向量ba,b的坐標(biāo)計(jì)算出剛性載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β，即完成剛性載體的定位測(cè)姿，包括：

設(shè)基線向量ba,b坐標(biāo)為(x12，y12，z12)，則載體的二維坐標(biāo)航向角α與俯仰角β分別為；

顯然，本發(fā)明基于雙天線gps的定位測(cè)姿方法的有益技術(shù)效果是提出了一種求解整周模糊度問題的算法，通過兩種不同方法求解基線向量確定姿態(tài)，通過設(shè)計(jì)程序語(yǔ)言驗(yàn)證算法的可行性，保證了求解整周模糊度的快速性與準(zhǔn)確性，有效提高了載體定位測(cè)姿的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。