CN105403903A - 一种载体姿态测量方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载体姿态测量方法及设备，方法包括下述步骤：获得当前历元的卫星观测值；利用伪距差分技术对观测值进行粗差检查，如果没通过检查，退出当前历元，将下一历元设为当前历元，返回上一步，如果通过检查，建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型；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；使用LAMBDA方法、二次约束和累积中误差算法，获得正确的模糊度；然后解算基线向量，获得载体姿态。本发明的载体姿态测量方法，采用LAMBDA、二次约束、累积中误差算法，提高模糊度解算成功率，提高获得载体姿态的成功率；本发明的载体姿态测量设备实现实时动态高精度定向。

Description

一种载体姿态测量方法及设备

技术领域

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

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。

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。

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

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。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种载体姿态测量方法，包括下述步骤：

(1)获得当前历元下多个观测卫星的观测值；

(2)利用伪距差分技术对观测值进行粗差检查；

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)；

如果通过检查，进入(3)；

(3)建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型；

(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；

(5)使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值；

(6)对每一组模糊度备选值进行二次约束；

(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；

(8)使用正确的模糊度解算基线向量；

(9)通过基线向量获得载体姿态。

进一步的，所述步骤(2)具体包括下述步骤：

(21)建立站间伪距单差模型；

(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；

如果中误差大于阈值，说明存在粗差，进入(23)；

如果中误差不大于阈值，说明不存在粗差，进入(24)；

(23)判断当前历元的有效观测卫星数量是否大于1；

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)；

如果不大于1，进入(25)；

(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；

如果小于，进入(25)；

如果不小于，进入(26)；

(25)失败，说明没通过检查，退出；

(26)成功，说明通过检查，退出。

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：

(31)建立载波相位站星双差观测方程；

(32)建立伪距双差观测方程；

(33)建立基线约束虚拟观测方程；

(34)综合上述三个观测方程，获得基线约束定向的观测模型。

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)。

优选的，所述模糊度桥接具体包括下述步骤：

(a1)判断是否成功获取历史历元的正确模糊度；

如果没有成功获取，桥接失败，退出；

如果成功获取，进入(a2)；

(a2)判断参考卫星是否发生变化；

如果发生变化，进入(a3)；

如果没发生变化，进入(a4)；

(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；

(a4)获取共视卫星；

(a5)判断共视卫星的数量是否小于预设卫星数；

如果小于，桥接失败，退出；

如果不小于，进入(a6)；

(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；

如果没有，桥接失败，退出；

如果有，进入(a7)；

(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；

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；

如果没有，输出当前历元的正确模糊度，桥接成功，退出。

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。

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。

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。

优选的，所述预设卫星数为5。

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。

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。

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

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；

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；

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；

图4是图2中模糊度桥接的一个实施例的流程图；

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；

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

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。

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)。

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：

步骤101：流程开始。

步骤102：获得当前历元下多个观测卫星的观测值。

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。

步骤103：利用伪距单差技术对观测值进行粗差检查。

步骤104：判断是否通过粗差检查。

如果没有通过检查，进入步骤105；

如果通过检查，进入步骤106。

步骤105：退出当前历元，将下一历元设为当前历元，返回步骤102；

步骤106：建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型。

步骤107：求解模糊度浮点解及其协因数阵。

使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。

步骤108：使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值。

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。在本实施例中，搜索体积为5，备选值数量为100，可以得到100组模糊度备选值。

步骤109：对每一组模糊度备选值进行二次约束。

步骤110：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。

累积中误差算法的核心是用时间换取成功率，随着时间的增加，卫星位置发生变化，错误的模糊度在新的方程中误差会越来越大，甚至无法通过二次约束，只有唯一正确的模糊度才能保证在所有的时间内都能出现，且其基线中误差相对较小，其累积的中误差最小。

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。

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。

步骤111：使用正确的模糊度解算基线向量。

将正确的模糊度代入观测模型，求得基线向量。

步骤112：通过基线向量获得载体姿态。

获得基线向量后，可求解两个天线之间的航向和纵向角度等，即可获得当前历元下载体的姿态。

步骤113：流程结束。

实施例二、参见图2所示，本实施例的载体姿态测量方法包括下述步骤：

步骤201：流程开始。

步骤202：获得当前历元下多个观测卫星的观测值。

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。

步骤203：利用伪距单差技术对观测值进行粗差检查。

参见图3所示，进行粗差检查的具体步骤是：

步骤203-1：建立站间伪距单差模型。

ρ₁₂＝l₂dΔX₁₂+m₂dΔY₁₂+n₂dΔZ₁₂+M₁₂+ε₁₂

式中，ρ₁₂为测站1和测站2之间的伪距观测值之差，l₂,m₂,n₂分别为伪距单差方程线性化后的系数，dΔX₁₂,dΔY₁₂,dΔZ₁₂为测站坐标差形式的改正参数，M₁₂为伪距单差方程线性化后的常数项，ε₁₂为随机误差。

步骤203-2：利用最小二乘法求解中误差。

步骤203-3：判断中误差是否大于阈值。

如果中误差大于阈值，说明存在粗差，进入步骤203-4；

如果中误差不大于阈值，说明不存在粗差，进入步骤203-6。

在本实施例中，阈值选择为5。

步骤203-4：判断当前历元的有效观测卫星数量是否大于1；

如果大于1，进入步骤203-5；

如果不大于1，进入步骤203-7；

步骤203-5：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，返回步骤203-2；

步骤203-6：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；

如果小于，进入步骤203-7；

如果不小于，进入步骤203-8。

在本实施例中，预设卫星数为5。

步骤203-7：失败，说明没通过检查，退出。

步骤203-8：成功，说明通过检查，退出。

步骤204：判断是否通过粗差检查。

如果没有通过检查，进入步骤205；

如果通过检查，进入步骤206。

步骤205：退出当前历元，将下一历元设为当前历元，返回步骤202；

步骤206：建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型。

(1)线性化后的北斗载波相位模型为：

式中，为接收机i对卫星j的载波观测值，λ为波长，分别为线性化后的系数，dX_i,dY_i,dZ_i为测站坐标未知参数，()₀为线性化后的常数项，为整周模糊度，c为光速，δt_i为接收机钟差，δt^j为卫星钟差，分别为对流层误差和电离层误差修正值，为随机误差。i＝1,2，接收机1即为第一接收机，接收机2即为第二接收机。j＝1,2,3,...N，N为观测卫星的数量。

第一测站和第二测站同时观测卫星j和k，j和k是多个观测卫星中的两个，当然，其中一个是参考卫星。

建立载波相位站星双差观测方程如下：

λ为波长，为载波相位观测值的差分，dΔX₁₂,dΔY₁₂,dΔZ₁₂同上，为测站坐标差形式的改正参数，为分别为卫星j和k的线性化方程系数之差，为双差模糊度，为双差方程移位后剩下的常数项，ε1为随机误差。

(2)建立伪距双差观测方程

${\mathrm{\ρ}}_{12}^{jk}=l_2^{jk}{\mathrm{d\ΔX}}_{12}+m_2^{jk}{\mathrm{d\ΔY}}_2+n_2^{jk}{\mathrm{d\ΔZ}}_{12}+M_{12}^{jk}+{\mathrm{\ϵ}}_2$

式中，指的是卫星j和卫星k的伪距单差观测值之差，dΔX₁₂,dΔY₁₂,dΔZ₁₂和同上，为伪距双差观测方程线性化后的常数项，ε₂为随机误差。

(3)建立基线约束虚拟观测方程

l²＝(ΔX₁₂+dΔX₁₂)²+(ΔY₁₂+dΔY₁₂)²+(ΔZ₁₂+dΔZ₁₂)²+ε₃

式中，l为基线长度，ΔX₁₂，ΔY₁₂，ΔZ₁₂分别为三个方向的基线向量的近似值，dΔX₁₂,dΔY₁₂,dΔZ₁₂为基线改正数向量，也是双差定位中的未知数向量，ε₃为随机误差。

令该数值由初始基线精度确定。展开后，可以得到：

$l^2-l_0^2-K^2=\left[\begin{array}{ccc}2{\mathrm{\ΔX}}_{12}& 2{\mathrm{\ΔY}}_{12}& 2{\mathrm{\ΔZ}}_{12}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{d\ΔX}}_{12}\\ {\mathrm{d\ΔY}}_{12}\\ {\mathrm{d\ΔZ}}_{12}\end{array}\right]+{\mathrm{\ϵ}}_3$

l₀基线长度的初始估计值。

(4)综合上述三个观测方程，即可获得基线约束定向的观测模型。

其中， $A=\left[\begin{array}{ccc}{l}_2^{\mathrm{jk}}& m_2^{\mathrm{jk}}& n_2^{\mathrm{jk}}\end{array}\right],$ B＝[2ΔX₁₂2ΔY₁₂2ΔZ₁₂]，N为观测卫星的数量，dΔX＝[dΔX₁₂dΔY₁₂dΔZ₁₂]^T，v＝[ε₁ε₂ε₃]^T。

(5)建立站星双差随机模型。

在随机模型中，一般认为，北斗伪距观测与相位观测值不相关，不同北斗卫星之间的观测是相互独立的，且基线长度虚拟观测值与北斗观测信息不相关，于是，其随机模型为：

其中，

Q_l＝m

k＝0.0001,l＝4,m＝0.0001。

步骤207：进行模糊度桥接。

参见图4所示，模糊度桥接具体包括下述步骤：

步骤207-1：尝试获取历史历元的正确模糊度。

在本实施例中，历史历元是指上个历元。

步骤207-2：判断是否成功获取历史历元的正确模糊度。

如果没有成功获取，进入步骤207-11；

如果成功获取，进入步骤207-3。

步骤207-3：判断参考卫星是否发生变化。

如果发生变化，进入步骤207-4；

如果没有发生变化，进入步骤207-5。

步骤207-4：参数变换。

将获取的模糊度按照当前历元的参考卫星进行参数变换，获得变换后的模糊度。

步骤207-5：获取共视卫星。

步骤207-6：判断共视卫星的数量是否小于预设卫星数。

如果小于，进入步骤207-11；

如果不小于，进入步骤207-7。

在本实施例中，预设卫星数为5。

步骤207-7：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。

在本实施例中，获取的模糊度对应的历元是指上一历元。

如果没有，进入步骤207-11；

如果有，进入步骤207-8。

步骤207-8: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。

在本实施例中，获取的模糊度对应的历元是指上一历元。

如果有，进入步骤207-9；

如果没有，进入步骤207-10。

步骤207-9：计算出新的共视卫星的模糊度。

新的共视卫星，即步骤207-8中判断出的不相同的共视卫星。

步骤207-10：输出当前历元的正确模糊度，桥接成功，退出。

步骤207-11：桥接失败，退出。

步骤208：判断模糊度桥接是否成功。

如果桥接成功，进入步骤213。

如果桥接失败，进入步骤209。

步骤209：求解模糊度浮点解及其协因数阵。

使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。

步骤210：使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值。

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。在本实施例中，搜索体积为5，备选值数量为100，可以得到100组模糊度备选值。

步骤211：对每一组模糊度备选值进行二次约束。

在本实施例中，二次约束包括基线长度约束、姿态约束和中误差约束。

也就是说，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。

步骤212：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。

累积中误差算法的核心是用时间换取成功率，随着时间的增加，卫星位置发生变化，错误的模糊度在新的方程中误差会越来越大，甚至无法通过二次约束，只有唯一正确的模糊度才能保证在所有的时间内都能出现，且其基线中误差相对较小，其累积的中误差最小。

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。

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。

步骤213：使用正确的模糊度解算基线向量。

将正确的模糊度代入观测模型，求得基线向量。

步骤214：通过基线向量获得载体姿态。

获得基线向量后，可求解两个天线之间的航向和纵向角度等，即可获得当前历元下载体的姿态。

步骤215：流程结束。

在本实施例中，进行模糊度解算之前，先进行模糊度桥接，如果模糊度桥接成功，可以直接得到当前历元的正确模糊度，而不需要进行模糊度的解算，从而提高了获得基线向量的效率，进而提高了获得载体姿态的效率，促进了姿态测量技术的发展；而且由于不需要进行模糊度的解算，极大地节省了处理器资源。

实施例三、参见图5所示，本实施例的载体姿态测量方法包括下述步骤：

步骤301：流程开始。

步骤302：获得当前历元下多个观测卫星的观测值。

第一测站和第二测站分别接收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。

步骤303：利用伪距单差技术对观测值进行粗差检查。

进行粗差检查的具体步骤可参照实施例二，此处不再赘述。

步骤304：判断是否通过粗差检查。

如果没有通过检查，进入步骤305；

如果通过检查，进入步骤306。

步骤305：退出当前历元，将下一历元设为当前历元，返回步骤302；

步骤306：建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型。

具体步骤可参照实施例二，此处不再赘述。

步骤307：进行模糊度桥接。

具体步骤可参照实施例二，此处不再赘述。

步骤308：判断模糊度桥接是否成功。

如果桥接成功，进入步骤314。

如果桥接失败，进入步骤309。

步骤309：求解模糊度浮点解及其协因数阵。

使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。

步骤310：使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值。

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。在本实施例中，在使用LAMBDA方法进行模糊度搜索时，搜索体积为5，备选值数量为100，可以得到100组模糊度备选值。

上个历元的第二组合中的模糊度备选值以及当前历元的上述100组模糊度备选值构成当前历元的第一组合。将第一组合中的模糊度备选值代入观测模型求解基线向量。

下面，依次对第一组合中的每一组模糊度备选值进行二次约束。

在本实施例中，二次约束包括基线长度约束、姿态约束和中误差约束。

步骤311-1：判断当前组模糊度备选值是否满足基线长度约束条件。

根据事先测定的基线长度精度确定约束条件。在本实施例中，基线长度约束条件为基线长度<＝0.01m。

如果不满足，进入步骤311-2；

如果满足，进入步骤311-5。

步骤311-2：在第一组合中剔除该组模糊度备选值，进入311-3。

步骤311-3：判断该组模糊度备选值是否是第一组合的最后一组。

如果不是，进入步骤311-4。

如果是，进入步骤312。

步骤311-4：将第一组合的下一组模糊度备选值设为当前组模糊度备选值，返回311-1。

步骤311-5：判断当前组模糊度备选值是否满足姿态约束条件。

使用上个历元的姿态约束条件或已知的姿态约束条件。在本实施例中，姿态约束条件为载体的纵向角小于20°。

如果不满足，进入步骤311-2；

如果满足，进入步骤311-6。

步骤311-6：计算基线中误差。

步骤311-7：判断当前组模糊度备选值是否满足中误差约束条件。

在本实施例中，中误差约束条件为中误差<＝0.05。

如果不满足，进入步骤311-2；

如果满足，进入步骤311-8。

步骤311-8：将该组模糊度备选值加入第二组合，并计算该组模糊度备选值的累积中误差以及累积成功次数，进入311-3。

步骤312：对第二组合中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。

步骤313：判断该累积成功次数是否大于设定次数。

如果不大于，则失败，没有找到正确的模糊度，返回步骤305；

如果大于，则成功，该组模糊度备选值为正确的模糊度，进入步骤314；

在本实施例中，设定次数为60。

步骤314：使用正确的模糊度解算基线向量。

将正确的模糊度代入观测模型，求得基线向量。

步骤315：通过基线向量获得载体姿态。

获得基线向量后，可求解两个天线之间的航向和纵向角度等，即可获得当前历元下载体的姿态。

步骤316：流程结束。

在本实施例中，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。

在本实施例中，进行模糊度解算之前，先进行模糊度桥接，如果模糊度桥接成功，可以直接得到当前历元的正确模糊度，而不需要进行模糊度的解算，提高了模糊度的搜索效率，从而提高了获得基线向量的效率，进而提高了获得载体姿态的效率，促进了姿态测量技术的发展；而且由于不需要进行模糊度的解算，极大地节省了处理器资源。

实施例四、本实施例提出了一种姿态测量设备，主要包括数字信号处理器DSP、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单频接收机接收第一北斗B1天线发送的数据，并传输至数字信号处理器DSP；第二北斗B1单频接收机接收第二北斗B1天线发送的数据，并传输至数字信号处理器DSP；数字信号处理器DSP运行实施例一至实施例三提出的载体姿态测量方法，输出载体姿态，参见图6所示。

在本实施例中，数字信号处理器DSP采用低功耗、低尺寸、低成本的DSP嵌入式处理器OMAPL137，该处理器支持高速浮点运算，可以满足姿态测量中模糊度实时动态搜索等算法中的大运算量要求。

所述姿态测量设备还包括外部SDRAM，DSP在运算过程中将大量数据存储在SDRAM，减小了内部RAM的存储压力。

本实施例的姿态测量设备实现了实时动态高精度定向，且具有成本低、集成度高、体积小、安装灵活等优点，可广泛应用于航天测量、车船姿态测量、精密着陆等方面。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种载体姿态测量方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）获得当前历元下多个观测卫星的观测值；

（2）利用伪距差分技术对观测值进行粗差检查；

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）；

如果通过检查，进入（3）；

（3）建立基线约束定向的观测模型和站星双差随机模型；

（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；

（5）使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，获得多组模糊度备选值；

（6）对每一组模糊度备选值进行二次约束；

（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；

（8）使用正确的模糊度解算基线向量；

（9）通过基线向量获得载体姿态。

2.根据权利要求1所述的载体姿态测量方法，其特征在于：所述步骤（2）具体包括下述步骤：

（21）建立站间伪距单差模型；

（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；

如果中误差大于阈值，说明存在粗差，进入（23）；

如果中误差不大于阈值，说明不存在粗差，进入（24）；

（23）判断当前历元的有效观测卫星数量是否大于1；

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）；

如果不大于1，进入（25）；

（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；

如果小于，进入（25）；

如果不小于，进入（26）；

（25）失败，说明没通过检查，退出；

（26）成功，说明通过检查，退出。

3.根据权利要求1所述的载体姿态测量方法，其特征在于：所述建立基线约束定向的观测模型包括下述步骤：

（31）建立载波相位站星双差观测方程；

（32）建立伪距双差观测方程；

（33）建立基线约束虚拟观测方程；

（34）综合上述三个观测方程，获得基线约束定向的观测模型。

4.根据权利要求1所述的载体姿态测量方法，其特征在于：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）。

5.根据权利要求4所述的载体姿态测量方法，其特征在于：所述模糊度桥接具体包括下述步骤：

（a1）判断是否成功获取历史历元的正确模糊度；

如果没有成功获取，桥接失败，退出；

如果成功获取，进入（a2）；

（a2）判断参考卫星是否发生变化；

如果发生变化，进入（a3）；

如果没发生变化，进入（a4）；

（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；

（a4）获取共视卫星；

（a5）判断共视卫星的数量是否小于预设卫星数；

如果小于，桥接失败，退出；

如果不小于，进入（a6）；

（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；

如果没有，桥接失败，退出；

如果有，进入（a7）；

（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；

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；

如果没有，输出当前历元的正确模糊度，桥接成功，退出。

6.根据权利要求1所述的载体姿态测量方法，其特征在于：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。

7.根据权利要求6所述的载体姿态测量方法，其特征在于：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。

8.根据权利要求7所述的载体姿态测量方法，其特征在于：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。

9.根据权利要求2所述的载体姿态测量方法，其特征在于：所述预设卫星数为5。

10.一种载体姿态测量设备，其特征在于：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。