CN111522040A - 一种基于双天线的卫星定位方法 - Google Patents

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韩俊博
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Abstract

本发明公开一种基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：包括以下步骤：将两个星载天线的信号分别转换为数字信号，形成两组数字信号；两组数字信号进行预处理、载波剥离和伪码相关，每组数字信号形成多个通道的信号，每个通道的信号对应一个导航星星号；信号进行环路处理；对两组信号进行选星判定，选择出用于定位解算的信号；对每个通道的信号用解算出的卫星位置以及参与定位解算的导航星的伪距进行判定，判定该导航星参与定位解算是否导致位置超差，如果位置超差，剔除该导航星星号；完成信号的定位解算，输出卫星的位置、时间信息。本发明对两组天线信号进行适当的处理、比较，选择出合适的导航星及其信号，完成卫星的定位解算。

Description

一种基于双天线的卫星定位方法
技术领域
本发明属于卫星导航定位技术领域，特别涉及一种基于双天线的卫星定位方法。
背景技术
未来10年全球将发射7000颗小卫星，卫星按照其应用分为通信卫星、遥感卫星、导航卫星，遥感卫星主要分布在低轨(400-1000km)，主要用于对地观测，遥感卫星在轨运行中，在执行成像任务、对地测控任务、对地数传数据传输任务等操作时，卫星姿态会发生较大变化，常规的单天线卫星导航系统在卫星执行任务过程中将导致卫星的非定位，影响卫星执行任务的可靠性。如果使用两个星载天线，可以解决遥感卫星在执行任务过程中姿态的变化导致整星非定位、影响任务执行的问题，但是双星载天线会接收到两组导航星信号，现在缺少一种合适的处理两组导航星信号的定位方法。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于双天线的卫星定位方法，对两组天线信号进行适当的处理、比较，选择出合适的导航星及其信号，完成卫星的定位解算。
本发明采用的技术方案是：一种基于双天线的卫星定位方法，包括以下步骤：
a.将两个星载天线的信号分别转换为数字信号，形成两组数字信号；
星载天线的信号完成GPS L1频点信号、BD2 B1频点信号的滤波、放大、下变频、增益，再由模拟信号转换为数字信号。
b.两组数字信号进行预处理、载波剥离和伪码相关，每组数字信号形成多个通道的信号，每个通道的信号对应一个导航星星号；
预处理包括滤波和降噪，伪码相关采用码相干累加、码非相干累加的融合处理方式。
伪码相关具体采用1ms相干+100ms非相干的融合处理方式，非相干融合处理时间可自由配置成10ms、20ms直至100ms，步长间隔10ms。
c.信号进行环路处理；
环路处理方式采用鉴相鉴频的环路处理方式，或者采用卡尔曼滤波的处理方式，伪距与载波相位的组合采用载波相位平滑伪距的处理方式。
d.对两组信号进行选星判定，选择出用于定位解算的信号；
选星判定为依次进行的导航星星号对比、信噪比对比和导航星仰角对比。
导航星星号对比：对比两组通道信号的导航星星号，保存相同星号，判定总的导航星数量；信噪比对比：对比相同导航星星号的通道信号，保留信噪比高的一组；导航星仰角对比：剔除不符合导航星仰角要求的通道信号。
信噪比对比：删除不满足信噪比基准值要求的数据；将相同导航星星号的两组通道信号采用循环累加求均值的策略进行对比，保留均值高的一组通道信号。
e.对每个通道的信号用解算出的卫星位置以及参与定位解算的导航星的伪距进行判定，判定该导航星参与定位解算是否导致位置超差，如果位置超差，剔除该导航星星号；
f.完成信号的定位解算，输出卫星的位置、时间信息。
工作原理：两个星载天线的信号完成GPS L1频点信号、BD2 B1频点信号的滤波、放大、下变频、增益、以及转换为两组数字信号；然后经过第一级滤波和降噪，输出高质量中频信号，再经载波剥离和伪码相关，每组数字信号形成多个通道的信号，每个通道的信号对应一个导航星星号；环路处理后，经过导航星星号对比、信噪比对比和导航星仰角对比，选择出可用的导航星星号，每个导航星星号保留一组数字信号；在定位解算前，先用解算出的卫星位置以及参与定位解算的导航星的伪距进行判定，判定该导航星参与定位解算是否导致位置超差，如果位置超差，剔除该导航星星号，再用剩下的导航星星号对应的信号参与融合定位解算，根据定位方程求解出X、Y、Z、t，进而输出整星的位置、时间，定位解算采用最小二乘法进行解算。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1.本发明实现了双星载天线信号的融合定位解算，定位准确，防止卫星非定位的发生；
2.本发明的选星判断采用多个对比步骤，选择出合适的导航星用于定位；
3.本发明考虑到位置超差的情况，剔除不合适的导航星，根据卫星的姿态选择合适的导航星用于定位，提高了定位的准确性；
4.本发明采用码相干累加和码非相干累加的融合处理方式，可以更好的消噪，减小误差。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的选星判定的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例公开了一种基于双天线的卫星定位方法，如图所示，其包括以下步骤：
a.两个星载天线的信号分别完成GPS L1频点信号、BD2 B1频点信号的滤波、放大、下变频、增益，再由模拟信号转换为数字信号，每个星载天线的信号转换为一组数字信号；
b.两组数字信号经过第一级滤波和降噪，转变为高质量的中频信号，再经载波剥离和伪码相关，每组数字信号形成多个通道的信号，每个通道的信号对应一个导航星星号；伪码相关具体采用1ms相干+100ms非相干的融合处理方式，非相干融合处理时间可自由配置成10ms、20ms直至100ms，步长间隔10ms；
c.信号进行环路处理，环路处理方式可采用鉴相鉴频的环路处理方式，或者采用卡尔曼滤波的处理方式，伪距与载波相位的组合采用载波相位平滑伪距的处理方式；
d.对两组信号依次进行的导航星星号对比、信噪比对比和导航星仰角对比；导航星星号对比：
卫星在姿态变化过程中将存在天线1有信号天线2无信号、天线2有信号天线1无信号、天线1天线2均有信号、天线1天线2均无信号四种状态，导航星星号对比首先剔除没有捕获的空通道，然后将捕获的通道按照导航星星号的大小顺序进行排序，当两个天线含有相同星号时，两个星号均存储，排序结束后对捕获的总的导航星数进行判定，如果可用星少于4颗，则结束进程，反馈状态信息，如果可用星大于等于4颗，则进行下一步对比；
信噪比对比：首先对所有通道进行判定，判定所有通道是否满足设定的基准值(例如XdB)，如果满足则进行下一步，如果不满足，则剔除不满足的通道，对于两个天线均捕获的通道则采用循环累加求均值的策略进行对比，循环连续存储100个点(可自由配置)的信号比的值，并对100个点的信噪比进行累加并求取均值，最终选取均值高的通道进行下一步，均值低的通道则剔除，选用循环累加求均值的策略可以有效的降低信噪比突然跳动而引起的突变情况，更加接近真值；导航星仰角对比：剔除不符合导航星仰角要求的导航星；
e.对每个通道的信号用解算出的卫星位置以及参与定位解算的导航星的伪距进行判定，判定该导航星参与定位解算是否导致位置超差，如果位置超差，剔除该导航星星号；
f.利用剩下的导航星星号对应的信号完成双星载天线信号的融合定位解算，根据定位方程求解出X、Y、Z、t，进而输出卫星的位置、时间。定位解算采用最小二乘法进行解算。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将两个星载天线的信号分别转换为数字信号，形成两组数字信号；
b.两组数字信号进行预处理、载波剥离和伪码相关，每组数字信号形成多个通道的信号，每个通道的信号对应一个导航星星号；
c.信号进行环路处理；
d.对两组信号进行选星判定，选择出用于定位解算的信号；
e.对每个通道的信号用解算出的卫星位置以及参与定位解算的导航星的伪距进行判定，判定该导航星参与定位解算是否导致位置超差，如果位置超差，剔除该导航星星号；
f.完成信号的定位解算，输出卫星的位置、时间信息。
2.如权利要求1所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：步骤a中，星载天线的信号完成GPS L1频点信号、BD2 B1频点信号的滤波、放大、下变频、增益，再由模拟信号转换为数字信号。
3.如权利要求1所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：步骤b中，预处理包括滤波和降噪，伪码相关采用码相干累加、码非相干累加的融合处理方式。
4.如权利要求3所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：伪码相关具体采用1ms相干+100ms非相干的融合处理方式，非相干融合处理时间可自由配置成10ms、20ms直至100ms，步长间隔10ms。
5.如权利要求1所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：步骤c中，环路处理方式采用鉴相鉴频的环路处理方式，或者采用卡尔曼滤波的处理方式，伪距与载波相位的组合采用载波相位平滑伪距的处理方式。
6.如权利要求1所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：步骤d中，选星判定为依次进行的导航星星号对比、信噪比对比和导航星仰角对比。
7.如权利要求6所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：导航星星号对比：对比两组通道信号的导航星星号，保存相同星号，判定总的导航星数量；信噪比对比：对比相同导航星星号的通道信号，保留信噪比高的一组；导航星仰角对比：剔除不符合导航星仰角要求的通道信号。
8.如权利要求7所述的基于双天线的卫星定位方法，其特征在于：信噪比对比：删除不满足信噪比基准值要求的数据；将相同导航星星号的两组通道信号采用循环累加求均值的策略进行对比，保留均值高的一组通道信号。
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