CN113466912A - 一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 - Google Patents
一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113466912A CN113466912A CN202110749887.4A CN202110749887A CN113466912A CN 113466912 A CN113466912 A CN 113466912A CN 202110749887 A CN202110749887 A CN 202110749887A CN 113466912 A CN113466912 A CN 113466912A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- double
- carrier phase
- satellites
- satellite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/53—Determining attitude
- G01S19/54—Determining attitude using carrier phase measurements; using long or short baseline interferometry
- G01S19/55—Carrier phase ambiguity resolution; Floating ambiguity; LAMBDA [Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment] method
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,包括:步骤1,根据GNSS卫星单频信号构建双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型;步骤2,根据GNSS卫星多频信号构建双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型;步骤3,基于双天线基线长度确定双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;步骤4,计算双天线的基线向量;步骤5,计算船舶的航向与俯仰角。本方法可以实现在单历元中求解高精度的姿态结果,并且计算量小,可靠性高,具有很强的实用性,特别是在GNSS信号容易中断区域或高速运动物体能够为海上的船舶提供高精度与高可靠性姿态服务提供支撑。
Description
技术领域
本发明属于卫星定姿范畴技术领域,特别涉及一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法。
背景技术
随着全球化的发展,海洋船舶应用不断增加。船舶在海洋行驶中,航向的确定至关重要,精准的航向信息不仅能节约航行时间,还能保证航行的安全运行。因此,如何精准可靠的确定船舶的航向是实现全球海洋运输应用的基础。也是一个被全世界各国人们关注了上千年的热点问题。
全球导航卫星系统(GNSS,Global Navigation Satellite System)作为现代导航系统的核心部件,不仅可以实时获取载体位置和速度等信息。进一步的通过多个天线的约束,可以求得载体的姿态信息。然而,在各种复杂环境中,由于信号中断等影响,其定姿的可靠性仍然存在一定问题。
双天线定姿的基本原理是将两个天线固定在船舶上,一般可选择在前进方向的轴线上。通过求解两个天线的相对基线向量,可以得到天线2相对于天线1的方位角。进一步的根据双天线基线向量与船舶航向等关系,可以求解出船舶的实时航向与俯仰角。目前双天线GNSS测姿算法主要包括:基于伪距单差或双差模型的姿态确定方法;基于载波相位单差或双差模型的姿态确定方法;基于其他传感器辅助的载波相位单差或双差模型的姿态确定方法。
尽管目前GNSS双天线测姿算法取得了一定的成果,但依旧存在不足之出。基于伪距单差或双差模型的姿态确定方法具有实用性强,仅需单频单历元数据即可,理论上可以利用低成本接收机实现。但是由于伪距的随机噪声相对较大,在短基线相对定位中误差能达到米级,因此需要足够长的基线才能得到较为准确的姿态信息。由于各种载体的体积限制,过长的基线变为不可能,因此鲜有关于GNSS伪距单差或双差模型的定姿算法;得益于载波相位毫米级的测量精度,基于载波相位单差或双差模型的姿态确定方法在模糊度固定正确的前提下,大都能得到较高精度的姿态信息。但是模糊度固定是一个绕不开的话题,绝大部分研究都是围绕如何快速、正确的固定模糊度值。但是到目前为止,实现单历元固定模糊度依然是一个难题。并且在固定模糊度的各种算法中,存在着一些限制,比如要求将双天线静止一段时间或需要连续的观测一段GNSS载波数据。这些约束或限制都极大的约束了其算法在复杂环境的应用。即使在模糊度已正确固定的情况下,一个历元数据的丢失就导致所固定的模糊度无效,需要重新进行解算;基于其他传感器辅助的载波相位单差或双差模型的姿态确定方法,大都是利用其他传感器来辅助模糊度的固定,最常见的就是惯导。但是其也很难实现单厉元模糊度的正确固定。因此,如何充分利用现有数据,构建单历元高精度、可靠、并且没有模糊度困扰的GNSS双天线测姿算法是提高船舶安全运行急需解决的关键问题。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,包括如下步骤:
步骤1,根据GNSS卫星单频信号构建双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型;
步骤2,根据GNSS卫星多频信号构建双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型;
步骤3,基于双天线基线长度确定双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;
步骤4,计算双天线的基线向量;
步骤5,计算船舶的航向与俯仰角,从而确定船舶姿态。
在一种实现方式中,所述步骤1中所述双天线包括天线1和天线2;所述双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型是根据GNSS卫星单频信号计算获得单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型,两个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型求差后获得;所述单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型是天线1接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程与天线2接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程求差后获得。
在一种实现方式中,所述步骤1包括:
步骤1-1,根据GNSS卫星单载波相位的观测方程分别求解天线1和天线2的卫星单载波相位的观测方程,所述GNSS卫星单载波相位的观测方程为:
其中,Φ表示载波相位观测值,在初始状态只包括小数部分,其范围为[0,1),单位为周;λ为载波波长,GNSS卫星在不同频率取值不同;r为天线相位中心到卫星相位中心的几何距离;I为电离层延迟;T为对流层延迟;f为所述载波波长对应的载波频率;δtu为接收机钟误差;δt(k)为卫星钟误差;N为整周模糊度,是一个整数值;ε为随机误差,对载波来说,其值为毫米级;下标u表示用户天线;上标k表示卫星号;
根据式(1),天线1与天线2的卫星单载波相位的观测方程分别如下:
步骤1-2,根据式(2)与(3),构建卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型:
天线1与天线2之间的距离短,天线1与天线2的对流层延迟和可以认为相等,电离层延迟和可以认为相等;为卫星k在双天线之间的单载波相位观测值,范围为[0,1);是天线2到卫星k的几何距离与天线1到卫星k的几何距离之差;δt21=δt2-δt1,为卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的钟差;为卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的整周模糊度,是整数;是卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的随机误差;
步骤1-3,根据式(4),构建卫星j在双天线之间的单载波相位单差模型:
步骤1-4,将式(4)减去式(5),获得双天线在两个卫星之间的单载波相位双差模型:
在一种实现方式中,所述步骤2中GNSS卫星多频信号包括GPS(GlobalPositioning System,全球定位系统)卫星能够被天线捕获利用的三种频率信号,分别是频率L1 1575.42MHz、频率L2 1227.6MHz以及频率L5 1176.45MHz,对应的波长分别为0.190m、0.244m以及0.255m。基于不同频率的卫星信号能够进行组合,从而获得一些波长更长的宽巷观测值,当组合波长为双天线基线长度的4倍以上,能够唯一确定整周模糊度。
在一种实现方式中,所述步骤2包括对所述GPS卫星三种频率信号进行组合,获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型,表示为:
其中,为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的载波相位观测值,单位为周;l、m、n称为组合系数,其必须全部为整数;以及分别为根据GPS L1、L2以及L5频率构建的双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型的载波相位观测值;
由式(6)和(7),获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型为:
在一种实现方式中,所述步骤3中对式(8)中各个观测量的数值进行分析。的范围会随着l、m、n的取值不同而变化。λ(l,m,n)的大小也会随着l、m、n的取值变化而变化,不过为了确定整周模糊度我们在这里选择使得波长变长的组合。记双天线基线长度为d,则的取值范围为(-2d,2d),其值等于2d或-2d的条件是天线1、天线2、卫星k、卫星j四点共线,且两卫星处于外端,两天线处于内侧,该条件在地球表明无法满足;为整数;是经过放大的随机误差。
当双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的波长λ(l,m,n)为双天线基线长度d的4倍以上,能够唯一确定整周模糊度其关键点在于当λ(l,m,n)满足大于双天线基线长度d的4倍时,可保证式(10)的成立。在此基础上,能够使得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的载波相位观测值与整周模糊度的差值范围在(-0.5,0.5)。进而可通过四舍五入法唯一确定组合载波相位双差模型的整周模糊度。
在一种实现方式中,所述步骤3包括:
步骤3-1,取组合数l、m、n,使得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的波长为双天线基线长度d的4倍以上,即:
步骤3-2,计算双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;
结合式(8),获得:
即:
其中,round()为四舍五入取整函数。
在明确确定组合整周模糊度后,可以直接计算双天线基线向量,也可以根据精度需要进一步选择组合数l、m、n构建新的组合载波双差模型,减小组合载波波长,但是注意不能引入模糊度。可以重复数次直至达到需求的精度,进一步计算基线向量。
在一种实现方式中,所述步骤4包括:
其中,r(j)为天线1指向卫星j的单位向量;r(k)为天线1指向卫星k的单位向量;由于天线2与天线1间隔只有数米,r(j)也是天线2指向卫星j的单位向量;r(k)也是天线2指向卫星k的单位向量;X=[x,y,z]为天线1指向天线2的基线向量;所有向量及坐标均在地心地固坐标系下;将式(14)带入式(13)可得:
当双天线共同接收到超过四颗以上卫星时,即有3个以上组合载波相位双差模型,即可根据最小二乘法解得基线向量X。
在一种实现方式中,所述步骤5包括:
步骤5-1,将解得的基线向量X转换到本地坐标系:
其中,Lon、Lat分别是天线所在地方的经度和纬度;
步骤5-2,计算船体的航向与俯仰角:
有益效果:
现有海上环境中,船舶的航向确定精度与可靠性不足问题。传统的基于GNSS的双天线定姿算法中,存在着解模糊度这一难题,不仅需要大量的计算量,并且在单一历元中有着模糊度固定错误的风险,从而导致巨大的姿态误差。进一步地,根据载波的特性,即使固定住模糊度,在卫星信号丢失之后,又需要重新进行模糊度固定这一过程。这一过程往往需要一些限制,例如需要多个历元数据,或保持天线静止一段时间。这样苛刻的条件会大大限制其在复杂的环境中的应用。本申请基于整周模糊度固定困难这一难题,提出了一种基于多频组合GNSS双差模型的双天线定姿算法,其利用双天线之间基线长度约束,构造多频组合GNSS波长,满足在特定的基线长度下,可以直接唯一确定组合模糊度,从而解算出船舶的航向与俯仰角。其可以实现在单历元中求解高精度的姿态结果,并且计算量小,可靠性高,具有很强的实用性,特别是在GNSS信号容易中断区域或高速运动物体。本申请提供的一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法能够为海上的船舶提供高精度与高可靠性姿态服务提供支撑。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本申请实施例提供的双天线测姿示意图;
图2为本申请实施例提供的基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的实施例进行描述。
本申请提出一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,示意图如图1所示。本实施例中所述双天线包括天线1和天线2,天线1与天线2均安装在船舶前进方向的轴线上,天线1作为主天线安装在船舶中间,天线2作为从天线安装在靠近船头一侧。因此天线2相对于天线1的基线向量就可以代表船舶的航向与俯仰角。本申请的关键点在于通过组合不同频率的GNSS载波相位双差模型,构建组合载波相位双差模型,使得组合载波的波长大于双天线基线长度的4倍以上,从而消除整周模糊度。因为此时的整周数可以唯一确定。该算法可以得到利用单历元GNSS数据求解精确可靠的船舶姿态信息。
如图2所示为本申请实施例提供的基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法流程示意图,包括如下步骤:
步骤1,根据GNSS卫星单频信号构建双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型;
步骤2,根据GNSS卫星多频信号构建双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型;
步骤3,基于双天线基线长度确定双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;
步骤4,计算双天线的基线向量;
步骤5,计算船舶的航向与俯仰角,从而确定船舶姿态。
本实施例中,所述步骤1中所述双天线包括天线1和天线2;所述双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型是根据GNSS卫星单频信号计算获得单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型,两个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型求差后获得;所述单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型是天线1接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程与天线2接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程求差后获得。
为方便描述,以下推导以GPS为例,其他卫星同理可得。步骤1包括:
步骤1-1,根据GNSS卫星单载波相位的观测方程分别求解天线1和天线2的卫星单载波相位的观测方程,所述GNSS卫星单载波相位的观测方程为:
GPS卫星单载波相位的观测方程为:
其中,Φ表示载波相位观测值,在初始状态只包括小数部分,其范围为[0,1),单位为周;λ为载波波长,其在不同频率有不同结果;r为天线相位中心到卫星相位中心的几何距离;I为电离层延迟;T为对流层延迟;f为所述载波波长对应的载波频率;δtu为接收机钟误差;δt(k)为卫星钟误差;N为整周模糊度,是一个整数值;ε为随机误差,对载波来说,其值可达毫米级;下标u表示用户天线;上标k表示卫星号。
根据式(1),天线1与天线2的卫星单载波相位的观测方程分别如下:
步骤1-2,根据式(2)与(3),构建卫星k的双天线之间的单载波相位单差模型;
因为天线1与天线2之间的距离非常短,通常为1到10m,所以天线1与天线2的对流层延迟和可以认为相等,电离层延迟和可以认为相等。其中,为卫星k的站间单差模型的载波相位观测值,范围为[0,1);是天线2与天线1到卫星k几何距离之差;δt21=δt2-δt1,为卫星k的站间单差模型的钟差;为卫星k的站间单差模型的整周模糊度,依旧是整数;是卫星k的站间单差模型的随机误差。
步骤1-3,根据式(4),构建卫星j在双天线之间的单载波相位单差模型:
步骤1-4,将式(4)减去式(5),可以得到双天线在卫星k和卫星j的单载波相位双差模型:
本实施例中,所述步骤2中基于不同频率的卫星信号,可以进行组合,从而得到一些波长更长的宽巷观测值。GPS信号中有三种频率信号可以被接收机捕获利用,分别是频率L1(1575.42MHz)、频率L2(1227.6MHz)以及频率L5(1176.45MHz)。他们的波长分别为0.190m、0.244m以及0.255m。对所述GPS卫星三种频率信号进行组合,获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型,可表示为:
其中,为组合双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的载波相位观测值,单位为周;l、m、n称为组合系数,其必须全部为整数,可正可负,这样才能保证组合后的模糊度依然是整数;以及分别为根据GPS L1、L2以及L5频率构建的双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型的载波相位观测值。由式(6)和(7),获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型为:
其中,λ(l,m,n)为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的波长; 为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度,其值为整数; 为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的随机误差,其值可以粗略估计为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的波长的0.01周。
本实施例中,所述步骤3中对式(8)中各个观测量的数值进行分析。的范围会随着l、m、n的取值不同而变化。λ(l,m,n)的大小也会随着l、m、n的取值变化而变化,不过为了确定模糊度,我们在这里会选择使得波长变长的组合。设双天线之间的基线长度是d,可推导出的范围是(-d,d),进一步可推导出的取值范围为(-2d,2d)。其值等于2d或-2d的条件是天线1、天线2、卫星k、卫星j四点共线,且两卫星处于外端,两天线处于内侧,该条件在地球表明无法满足。为整数。是经过放大的噪声,要考虑其是否会对结果造成影响。当双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的波长λ(l,m,n)为双天线基线长度d的4倍以上,能够唯一确定整周模糊度
步骤3-1,取组合数l、m、n,使得组合后的波长为双天线基线长度d的4倍以上。考虑到被放大的随机误差,组合后的波长应保留一点的余度,略大于4倍基线长度,即:
本实施例中,取值为0.1λ(l,m,n),一般的双天线基线长度d在1米左右,由此可取一组l,m,n值为(0,1,-1),此时λ(l,m,n)为5.861米,满足大于基线长度d的4倍以上。注意l,m,n值取法不唯一,只要满足λ(l,m,n)大于基线长度d的4倍以上即可。
步骤3-2,计算双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;
结合式(8),可得:
即:
其中,round()为四舍五入取整函数。在明确确定组合整周数后,可以直接计算双天线基线向量,也可以根据精度需要进一步选择组合数l、m、n构建新的组合载波相位双差模型,减小组合载波波长,但是注意不能引入模糊度。可以重复数次直至达到需求的精度,进一步计算基线向量。
本实施例中,所述步骤4包括:
其中,r(j)为天线1指向卫星j的单位向量;r(k)为天线1指向卫星k的单位向量;由于天线2与天线1间隔只有数米,r(j)也是天线2指向卫星j的单位向量;r(k)也是天线2指向卫星k的单位向量;X=[x,y,z]为天线1指向天线2的基线向量。所有向量及坐标均在地心地固坐标系下。将式(14)带入式(13)可得:
当双天线共同接收到超过四颗以上卫星时,即有3个以上组合载波相位双差模型,即可根据最小二乘法解得基线向量X。
本实施例中,所述步骤5包括:
步骤5-1,解得基线向量X在地心地固坐标系中的解后,首先将其转换到本地坐标系。
其中,Lon、Lat分别是天线所在地方的经度和纬度;
步骤5-2,得到本地基线向量XENU后,可以计算出船体的航向与俯仰角:
本发明提供了一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的具体实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,根据GNSS卫星单频信号构建双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型;
步骤2,根据GNSS卫星多频信号构建双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型;
步骤3,基于双天线基线长度确定双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的整周模糊度;
步骤4,计算双天线的基线向量;
步骤5,计算船舶的航向与俯仰角,从而确定船舶姿态。
2.根据权利要求1所述的一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,其特征在于,所述步骤1中所述双天线包括天线1和天线2;所述双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型是根据GNSS卫星单频信号计算获得单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型,两个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型求差后获得;所述单个卫星在双天线之间的单载波相位单差模型是天线1接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程与天线2接收到的GNSS卫星单载波相位的观测方程求差后获得。
3.根据权利要求2所述的一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,其特征在于,所述步骤1包括:
步骤1-1,根据GNSS卫星单载波相位的观测方程分别求解天线1和天线2的卫星单载波相位的观测方程,所述GNSS卫星单载波相位的观测方程为:
其中,Φ表示载波相位观测值,在初始状态只包括小数部分,其范围为[0,1),单位为周;λ为载波波长,GNSS卫星在不同频率取值不同;r为天线相位中心到卫星相位中心的几何距离;I为电离层延迟;T为对流层延迟;f为所述载波波长对应的载波频率;δtu为接收机钟误差;δt(k)为卫星钟误差;N为整周模糊度,是一个整数值;ε为随机误差,对载波来说,其值为毫米级;下标u表示用户天线;上标k表示卫星号;
根据式(1),天线1与天线2的卫星单载波相位的观测方程分别如下:
步骤1-2,根据式(2)与(3),构建卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型:
天线1与天线2之间的距离短,天线1与天线2的对流层延迟和可以认为相等,电离层延迟和可以认为相等;为卫星k在双天线之间的单载波相位观测值,范围为[0,1);是天线2到卫星k的几何距离与天线1到卫星k的几何距离之差;δt21=δt2-δt1,为卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的钟差;为卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的整周模糊度,是整数;是卫星k在双天线之间的单载波相位单差模型的随机误差;
步骤1-3,根据式(4),构建卫星j在双天线之间的单载波相位单差模型:
步骤1-4,将式(4)减去式(5),获得双天线在两个卫星之间的单载波相位双差模型:
4.根据权利要求3所述的一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,其特征在于,所述步骤2中GNSS卫星多频信号包括GPS卫星能够被天线捕获利用的三种频率信号,分别是频率L1 1575.42MHz、频率L2 1227.6MHz以及频率L5 1176.45MHz,对应的波长分别为0.190m、0.244m以及0.255m。
5.根据权利要求4所述的一种基于多频GNSS双天线海上船舶姿态确定方法,其特征在于,所述步骤2包括对所述GPS卫星三种频率信号进行组合,获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型,表示为:
其中,为双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型的载波相位观测值,单位为周;l、m、n称为组合系数,且全部为整数;以及分别为根据GPS L1、L2以及L5频率构建的双天线在两个卫星间的单载波相位双差模型的载波相位观测值;
由式(6)和(7),获得双天线在两个卫星间的组合载波相位双差模型为:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110749887.4A CN113466912B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110749887.4A CN113466912B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113466912A true CN113466912A (zh) | 2021-10-01 |
CN113466912B CN113466912B (zh) | 2022-03-11 |
Family
ID=77877491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110749887.4A Active CN113466912B (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113466912B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116009044A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-04-25 | 武汉理工大学 | 一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备 |
CN116819580A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-29 | 浙江中裕通信技术有限公司 | 一种惯性辅助的双天线gnss海上船舶姿态确定方法 |
CN117075166A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-17 | 智慧司南(天津)科技发展有限公司 | 一种船用卫星罗经艏向平滑方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933110A (en) * | 1998-07-13 | 1999-08-03 | Arinc, Inc. | Vessel attitude determination system and method |
CN111522042A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-11 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于双卫星定位模块的定向装置及定向方法 |
-
2021
- 2021-07-02 CN CN202110749887.4A patent/CN113466912B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5933110A (en) * | 1998-07-13 | 1999-08-03 | Arinc, Inc. | Vessel attitude determination system and method |
CN111522042A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-11 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于双卫星定位模块的定向装置及定向方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
王一军 等: ""北斗导航系统移动基准站差分定位算法"", 《国防科技大学学报》 * |
赵国荣 等: ""基于组合载波相位的飞行器姿态确定"", 《上海交通大学学报》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116009044A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-04-25 | 武汉理工大学 | 一种单天线船舶姿态测量方法、装置及电子设备 |
CN116819580A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-29 | 浙江中裕通信技术有限公司 | 一种惯性辅助的双天线gnss海上船舶姿态确定方法 |
CN116819580B (zh) * | 2023-08-23 | 2023-11-10 | 浙江中裕通信技术有限公司 | 一种惯性辅助的双天线gnss海上船舶姿态确定方法 |
CN117075166A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-17 | 智慧司南(天津)科技发展有限公司 | 一种船用卫星罗经艏向平滑方法 |
CN117075166B (zh) * | 2023-10-17 | 2023-12-15 | 智慧司南(天津)科技发展有限公司 | 一种船用卫星罗经艏向平滑方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113466912B (zh) | 2022-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113466912B (zh) | 一种基于多频gnss双天线海上船舶姿态确定方法 | |
US7292185B2 (en) | Attitude determination exploiting geometry constraints | |
CN111239787B (zh) | 一种集群自主协同中的gnss动态卡尔曼滤波方法 | |
CN108802782B (zh) | 一种惯导辅助的北斗三频载波相位整周模糊度求解方法 | |
US9035826B2 (en) | Satellite differential positioning receiver using multiple base-rover antennas | |
US6229479B1 (en) | Relative position measuring techniques using both GPS and GLONASS carrier phase measurements | |
US6469663B1 (en) | Method and system for GPS and WAAS carrier phase measurements for relative positioning | |
US5757316A (en) | Attitude determination utilizing an inertial measurement unit and a plurality of satellite transmitters | |
Han et al. | Accurate absolute GPS positioning through satellite clock error estimation | |
CN106842268B (zh) | 双gnss接收机载波相位双差整周模糊度浮点解向量估计方法 | |
CN110531392A (zh) | 一种基于ppp算法的高精度定位方法和系统 | |
CN111751853A (zh) | 一种gnss双频载波相位整周模糊度解算方法 | |
CN108051840B (zh) | 一种基于gnss的含约束ekf相对定位方法 | |
CN112526569B (zh) | 一种惯导辅助卫导相对定位多历元逐级模糊度求解方法 | |
WO2024007365A1 (zh) | 一种基于北斗/gnss的实时高精度海表测量方法及浮标 | |
CN104483691A (zh) | 一种gnss组合精密单点定位方法 | |
CN114895330A (zh) | 一种基于广播星历的单站位移监测方法、设备、存储介质 | |
CN116953741B (zh) | 一种应用于全球导航卫星系统gnss的周跳探测与修复方法 | |
CN114280633B (zh) | 一种非差非组合精密单点定位完好性监测方法 | |
CN115561796A (zh) | 一种电网无人机巡检实时定位方法和系统 | |
CN115327593B (zh) | 基于无人机的定位方法、系统及存储介质 | |
Tolman et al. | Absolute precise kinematic positioning with GPS and GLONASS | |
CN111736183B (zh) | 一种联合bds2/bds3的精密单点定位方法和装置 | |
TW448304B (en) | Fully-coupled positioning process and system | |
Colombo et al. | Testing decimeter-level, kinematic, differential GPS over great distances at sea and on land |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220419 Address after: 316100 No. 68, 6th Road, Lincheng Industrial Park, Lincheng street, Dinghai District, Zhoushan City, Zhejiang Province Patentee after: ZHEJIANG ZHONGYU COMMUNICATION Co.,Ltd. Address before: 210013 2-301a, No. 69, Shitou City, Gulou District, Nanjing, Jiangsu Province Patentee before: Nanjing Hengzhou Quasi-Navigation Technology Co.,Ltd. |