CN112068167A - 一种星载双天线融合定位方法 - Google Patents

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李兴国
王鹏程
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刘永成
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Abstract

本发明公开了一种星载双天线融合定位方法，包括以下步骤：S1确定卫星质心的位置；S2校准两个天线的位置；S3计算两个天线与卫星质心的矢量差；S4解算各导航星的伪距及导航星仰角信息；S5按照两个天线各自的导航星的解算信息、矢量差和卫星本体姿态信息进行伪距归一化，计算出各导航星到卫星质心位置的伪距；S6解算出卫星本体的实际位置。本发明通过校准两个天线与卫星质心的位置，减小定位解算误差，提高了双天线定位精度。

Description

一种星载双天线融合定位方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，特别涉及一种星载双天线融合定位方法。
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，双天线融合定位可以解决上述问题，可是双天线融合定位时由于两个天线都有信号，且两个天线的相位中心不在同一位置，导致定位误差变大。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种星载双天线融合定位方法，通过校准两个天线与卫星质心的位置，减小定位解算误差，提高了双天线定位精度。
本发明采用的技术方案是：一种星载双天线融合定位方法，包括以下步骤：
S1确定卫星质心的位置；
S2校准两个天线的位置；
S3计算两个天线与卫星质心的矢量差；
S4解算各导航星的伪距及导航星仰角信息；
S5按照两个天线各自的导航星的解算信息、矢量差和卫星本体姿态信息进行伪距归一化，计算出各导航星到卫星质心位置的伪距；
S6解算出卫星本体的实际位置。
作为优选，步骤S1具体为根据卫星各个部组件实际重量及位置确认卫星本体坐标系下卫星质心的具体位置。
作为优选，步骤S2具体为分别校准两个天线的天线相位中心稳定度，标记天线相位中心；再分别测量天线在卫星本体的实际位置，并按照天线本体坐标系进行计算。
作为优选，步骤S3中，根据卫星质心和两个天线在卫星本体的实际位置进行归一化计算，分别计算出矢量差。
作为优选，步骤S5中，至少使用四颗导航星的解算信息，其中每个天线使用不少于一颗的导航星的解算信息。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过卫星质心和天线相位中心来计算天线与卫星的矢量差，矢量差参与到融合定位解算过程，解决了双天线联合定位过程中，由于两个天线安装位置不一样，相位中心不一致，导致定位解算误差变大的问题，提高了双天线定位精度。
附图说明
图1为本发明实施例的流程框图；
图2为本发明实施例的定位示意图。
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。
实施例一
本发明的实施例提供了一种星载双天线融合定位方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1确定卫星质心的位置；具体为根据卫星各个部组件实际重量及位置确认卫星本体坐标系下卫星质心的具体位置。
S2校准两个天线的位置；具体为分别校准两个天线的天线相位中心稳定度，标记天线相位中心；再分别测量天线在卫星本体的实际位置，并按照天线本体坐标系进行计算。
S3计算两个天线与卫星质心的矢量差；根据卫星质心和两个天线在卫星本体的实际位置进行归一化计算，分别计算出天线本体坐标系下的矢量差。
S4解算各导航星的伪距及导航星仰角信息；
S5按照两个天线各自的导航星的解算信息、矢量差和卫星本体姿态信息进行伪距归一化，计算出各导航星到卫星质心位置的伪距；至少使用四颗导航星的解算信息，其中每个天线使用不少于一颗的导航星的解算信息。
S6根据步骤S5计算出的卫星质心位置的伪距信息解算出卫星本体的实际位置。
实施例二
S1如图2所示，卫星本体在仿真过程中会有一个仿真位置，但是由于卫星各个组件实际重量及位置与仿真重量及位置有偏差，因此需要在后期卫星研制成功后进行实际的确认，将各个部组件的实际重量及安装位置进行校正，并按照校正后的系数进行卫星质心的重新确认，假定重新确认的卫星质心位置为X、Y、Z。
S2对卫星上安装+Z天线和-Z天线进行地面位置校准，天线地面位置校准包括两个部分，第一部分主要完成天线相位中心稳定度的校准，标记天线相位中心，第二部分主要测量天线在卫星本体的实际位置，并按照天线本体坐标系进行计算。假定计算出的+Z天线的位置为X1、Y1、Z1，-Z天线的位置为X2、Y2、Z2。
S3计算卫星质心X、Y、Z到+Z天线的位置X1、Y1、Z1的矢量差为H′1，到-Z天线的位置X2、Y2、Z2的矢量差为H′2。
S4+Z天线接收到导航星PRN1、PRN2的信号，-Z天线接收到导航星PRN3、PRN4的信号，接收机内部完成了各个导航星的伪距解算，导航星PRN1、PRN2的解算位置分别为：x1、y1、z1、x2、y2、z2，解算伪距分别为R1、R2；导航星PRN3、PRN4的解算位置分别为：x3、y3、z3、x4、y4、z4，解算伪距分别为R3、R4。
S5根据导航星PRN1、PRN2和导航星PRN3、PRN4仰角、方位角信息、卫星本体姿态信息和矢量差为H′1、H′2，解算接收导航星信号时刻的卫星质心到+Z天线的位置为H1，到-Z天线的位置为H2；R1、R2与H1的角度分别为a、b，R3、R4与H2的角度分别为c、d。卫星的姿态信息由卫星的星敏、陀螺等确定。
通过矢量计算公式可以计算得到归一化到卫星质心位置X、Y、Z后的伪距分别为：R1′、R2′、R3′、R4′。
Figure BDA0002679769370000041
根据最小二乘解算方程，可以计算得到卫星更准确的位置X、Y、Z信息。
Figure BDA0002679769370000042
S6根据：R1′、R2′、R3′、R4′等信息解算出卫星本体的实际位置。
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 (5)

1.一种星载双天线融合定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1确定卫星质心的位置；
S2校准两个天线的位置；
S3计算两个天线与卫星质心的矢量差；
S4解算各导航星的伪距及导航星仰角信息；
S5按照两个天线各自的导航星的解算信息、矢量差和卫星本体姿态信息进行伪距归一化，计算出各导航星到卫星质心位置的伪距；
S6解算出卫星本体的实际位置。
2.如权利要求1所述的星载双天线融合定位方法，其特征在于：步骤S1具体为根据卫星各个部组件实际重量及位置确认卫星本体坐标系下卫星质心的具体位置。
3.如权利要求1所述的星载双天线融合定位方法，其特征在于：步骤S2具体为分别校准两个天线的天线相位中心稳定度，标记天线相位中心；再分别测量天线在卫星本体的实际位置，并按照天线本体坐标系进行计算。
4.如权利要求3所述的星载双天线融合定位方法，其特征在于：步骤S3中，根据卫星质心和两个天线在卫星本体的实际位置进行归一化计算，分别计算出矢量差。
5.如权利要求1所述的星载双天线融合定位方法，其特征在于：步骤S5中，至少使用四颗导航星的解算信息，其中每个天线使用不少于一颗的导航星的解算信息。
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