專利名稱：一種衛(wèi)星組合羅盤及方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星指向系統(tǒng)，特別是一種衛(wèi)星組合羅盤及方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的磁性指南針、電子羅經(jīng)和慣性羅盤等羅盤的測(cè)量精度受地磁場(chǎng)變化和數(shù)據(jù)漂移的影響較大，各地的磁偏角極不穩(wěn)定，方位角和俯仰角測(cè)量誤差較大。雖然衛(wèi)星羅盤測(cè)量精度較高，不存在數(shù)據(jù)漂移。但受衛(wèi)星遮擋的影響，在跟蹤全球?qū)Ш叫l(wèi)星數(shù)量達(dá)不到4顆時(shí)，衛(wèi)星羅盤無(wú)法給出方位角和俯仰角數(shù)據(jù)或方位角和俯仰角數(shù)據(jù)不連續(xù)。因此衛(wèi)星羅盤也不能給出方位角和俯仰角數(shù)據(jù)或方位角和俯仰角數(shù)據(jù)不連續(xù)。經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)有三個(gè)有關(guān)使用GPS或地磁羅盤的專利。I無(wú)軌電動(dòng)伸縮門地磁導(dǎo)航系統(tǒng):該專利僅使用地磁羅盤測(cè)方位，未使用GPS衛(wèi)星信息。2全方位志愿船自動(dòng)測(cè)報(bào)裝置:該專利只有一個(gè)GPS天線，用于接收和定位。它是根據(jù)定位數(shù)據(jù)查表得出磁偏角，用磁偏角修正地磁測(cè)向，從而得到航向角，而不是使用GPS天線及接收機(jī)進(jìn)行相位差測(cè)向。3 —種組合導(dǎo)航裝置和實(shí)施方法:該專利只有一個(gè)GPS天線，用于接收和定位。在衛(wèi)星有遮擋時(shí)，用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)定位代替GPS定位。上述三個(gè)專利均不屬衛(wèi)星羅盤:無(wú)軌電動(dòng)伸縮門地磁導(dǎo)航系統(tǒng)專利根本沒(méi)有使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星天線，不屬衛(wèi)星羅盤；全方位志愿船自動(dòng)測(cè)報(bào)裝置和一種組合導(dǎo)航裝置和實(shí)施方法兩個(gè)專利只使用一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星天線，用于定位，查磁偏角和修正磁偏角。只有用兩個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星天線測(cè)量相位差，計(jì)算方位和俯仰角，才是衛(wèi)星羅盤。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衛(wèi)星組合羅盤及方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法，解決傳統(tǒng)羅盤的方位角和俯仰角測(cè)量誤差較大，且不穩(wěn)定；衛(wèi)星羅盤測(cè)量精度較高，不受磁場(chǎng)變化影響，不存在數(shù)據(jù)漂移，但容易受遮擋全球?qū)Ш叫l(wèi)星的影響的技術(shù)缺陷。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種衛(wèi)星組合羅盤，包括衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤和組合處理器。所述組合處理器用于對(duì)衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤的數(shù)據(jù)進(jìn)行組合計(jì)算和確定輸出數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示；所述衛(wèi)星羅盤包括依次連接的第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)以及計(jì)算電路，所述計(jì)算電路還與依次連接的第二天線、第二饋線以及第二多通道接收機(jī)連接，所述計(jì)算電路同時(shí)連接組合處理器；所述第一天線和第二天線用于接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)；所述第一多通道接收機(jī)和第二多通道接收機(jī)用于將每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)處理成信號(hào)相位和全球?qū)Ш叫l(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)；所述計(jì)算電路用于計(jì)算每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星到達(dá)第一天線和第二天線的相位差和該全球?qū)Ш叫l(wèi)星的位置數(shù)據(jù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星受遮擋數(shù)據(jù)、相對(duì)于第一天線和第二天線為基線的方位角α 和俯仰角ε ；所述數(shù)字地磁羅盤用于輸出方位角α2和俯仰角ε2。本發(fā)明中，所述數(shù)字地磁羅盤包括地磁傳感器。本發(fā)明衛(wèi)星組合羅盤的性能遠(yuǎn)高于衛(wèi)星羅盤、數(shù)字地磁羅盤各自的性能。本發(fā)明計(jì)算電路計(jì)算4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星，GPS、GLONASS、Galileo和全球北斗等，到達(dá)兩套天線的相位差和全球?qū)Ш叫l(wèi)星的位置，經(jīng)進(jìn)一步解算可得到相對(duì)于兩套天線為基線的方位角\和俯仰角ει。計(jì)算電路為通用單板機(jī)(型號(hào)如:摩托羅拉通用單板機(jī)的型號(hào):CompactPCI等)。通用單板機(jī)內(nèi)裝有方位角a i和俯仰角S1計(jì)算、消除2 π模糊技術(shù)和衛(wèi)星優(yōu)選程序。通用單板機(jī)有兩個(gè)與衛(wèi)星接收機(jī)輸出連接的端口，并有方位角\和俯仰角ε !的輸出端口。

本發(fā)明所采用的組合處理器的硬件是通用單板機(jī)(型號(hào)如:摩托羅拉通用單板機(jī)的型號(hào)=CompactPCI等)。組合處理器通用單板機(jī)內(nèi)裝組合計(jì)算和確定輸出數(shù)據(jù)軟件。組合處理器保證充分發(fā)揮衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤各自的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；同時(shí)克服衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤的各自不足之處。計(jì)算電路和組合處理器在結(jié)構(gòu)上可以采用一個(gè)單板機(jī)完成兩種功能，也可以采用兩個(gè)單板機(jī)各自完成各自的功能。本發(fā)明還公開(kāi)了一種衛(wèi)星組合羅盤的方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法，在全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)沒(méi)有遮擋時(shí)，包括以下步驟:步驟11，第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路；步驟12，第二天線、第二饋線、第二多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路；步驟13，在計(jì)算電路中進(jìn)行處理得到衛(wèi)星羅盤的無(wú)漂移方位角α:和俯仰角ε通過(guò)組合處理器處理后作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出；在全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)有遮擋時(shí)，包括以下步驟:步驟21，第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路；步驟22，第二天線、第二饋線、第二多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路；步驟23，在計(jì)算電路中進(jìn)行處理得到衛(wèi)星羅盤的方位角α:和俯仰角ε i，送給組合處理器；步驟24，數(shù)字地磁羅盤將采集到的有漂移的方位角％和俯仰角ε2數(shù)據(jù)發(fā)送給組合處理器；步驟25，使用組合處理器修正無(wú)遮擋最后一組h時(shí)刻數(shù)據(jù):將方位角CI=Ci1和俯仰角ε = ε i作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)；步驟26,在h時(shí)刻以后,將方位角<1=(12-八(12和俯仰角ε = ε2-Δ ε 2作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)，Λ %和Λ ￡2分別為數(shù)字地磁羅盤在h時(shí)刻以后的外推漂移誤差。本發(fā)明使用了衛(wèi)星羅盤兩個(gè)天線和兩個(gè)接收機(jī)，用于相位差測(cè)航向角和俯仰角；同時(shí)，地磁數(shù)字羅盤經(jīng)過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，可以在短時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星受遮擋時(shí)代替衛(wèi)星羅盤。經(jīng)過(guò)組合，形成高精度衛(wèi)星組合羅盤，無(wú)固定誤差磁偏角和漂移誤差，與現(xiàn)有技術(shù)本質(zhì)區(qū)別。有益效果:本發(fā)明所述的衛(wèi)星組合羅盤具有以下優(yōu)點(diǎn):①本發(fā)明不受磁場(chǎng)及其變化的影響，以及不受鋼鐵環(huán)境的影響，不存在數(shù)據(jù)漂移；②本發(fā)明是信息接收和數(shù)字計(jì)算，沒(méi)有高速機(jī)械部件，可靠性較高；③本發(fā)明測(cè)量方位角和俯仰角的精度潛力較大，兩天線之間的距離基線越長(zhǎng)，測(cè)量方位角和俯仰角的精度越高；④本發(fā)明具有抗移動(dòng)平臺(tái)翻滾或障礙物遮擋全球?qū)Ш叫l(wèi)星影響的能力；⑤本發(fā)明對(duì)武器發(fā)射測(cè)向，雷達(dá)測(cè)方位，激光測(cè)方位、武器瞄準(zhǔn)、航空航海行軍等有重大意義；⑥本發(fā)明有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1為本發(fā)明衛(wèi)星組合羅盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明全球?qū)Ш叫l(wèi)星到兩個(gè)接收天線的相位差示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明由衛(wèi)星羅盤1、數(shù)字地磁羅盤2和組合處理器3組成。本發(fā)明采用接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星，GPS、GLONASS、Galileo和全球北斗等，下同的信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算而獲取方位角和俯仰角數(shù)據(jù)，與磁場(chǎng)的影響完全無(wú)關(guān)。在衛(wèi)星羅盤I內(nèi)裝有兩套天線4a、4b、饋線5a、5b、多通 道接收機(jī)6a、6b和一個(gè)計(jì)算電路7。兩套天線4、饋線5、多通道接收機(jī)6接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)；每個(gè)多通道接收機(jī)6a、6b將每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)處理成信號(hào)相位和全球?qū)Ш叫l(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及多通道接收機(jī)6a、6b的位置數(shù)據(jù)，以及全球?qū)Ш叫l(wèi)星受遮擋數(shù)據(jù)；將信號(hào)相位和各種數(shù)據(jù)輸入計(jì)算電路7。在計(jì)算電路7中計(jì)算得出每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星到達(dá)兩套天線4a、4b的相位差和該全球?qū)Ш叫l(wèi)星的位置數(shù)據(jù)；經(jīng)進(jìn)一步處理得到相對(duì)于兩套天線為基線的方位角\和俯仰角S1，作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)方位角α和俯仰角ε。數(shù)字地磁羅盤2由地磁傳感器和數(shù)字化電路組成。數(shù)字地磁羅盤2輸出方位角《2和俯仰角ε2。當(dāng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星被遮擋時(shí)，經(jīng)過(guò)修正的數(shù)字地磁羅盤2的方位角％和俯仰角ε2，作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)方位角α和俯仰角ε。組合處理器3用于組合處理、羅盤的輸出數(shù)據(jù)方位角α及俯仰角ε，并顯示方位角α和俯仰角ε數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，計(jì)算電路7和組合處理器3分別采用一套摩托羅拉通用單板機(jī)CompactPCI，以減少相互干擾，提聞精度。衛(wèi)星羅盤I的工作原理如下:衛(wèi)星羅盤I內(nèi)裝有兩套天線4a、4b、饋線5a、5b、多通道接收機(jī)6a、6b和一個(gè)計(jì)算電路7。兩套天線4a、4b、饋線5及多通道接收機(jī)6a、6b接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)；多通道接收機(jī)6a、6b將全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)處理成信號(hào)相位的小數(shù)部分、全球?qū)Ш叫l(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)和兩套天線4a、4b的位置數(shù)據(jù)；將信號(hào)相位的小數(shù)部分和各種數(shù)據(jù)輸入給計(jì)算電路7 ;在計(jì)算電路7中信號(hào)相位的小數(shù)部分和數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得出每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星到達(dá)兩套天線4a、4b的相位差的小數(shù)部分δ和該衛(wèi)星的位置數(shù)據(jù)；根據(jù)信號(hào)相位的小數(shù)部分、兩套天線4a、4b之間的距離L、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)和兩套天線4a、4b的位置數(shù)據(jù)可計(jì)算出每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星到達(dá)兩套天線4a、4b的相位差的的整周期數(shù)N消除2 π模糊。兩套天線4a、4b之間的相位差Δ爐:
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星組合羅盤，其特征在于，包括衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤，所述衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤同時(shí)連接組合處理器，所述組合處理器用于合成衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示； 所述衛(wèi)星羅盤包括依次連接的第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)以及計(jì)算電路，所述計(jì)算電路還與依次連接的第二天線、第二饋線以及第二多通道接收機(jī)連接，所述計(jì)算電路同時(shí)連接組合處理器； 所述第一天線和第二天線用于接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)； 所述第一多通道接收機(jī)和第二多通道接收機(jī)用于將每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)處理成信號(hào)相位和全球?qū)Ш叫l(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)； 所述計(jì)算電路用于計(jì)算每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星到達(dá)第一天線和第二天線的相位差和該全球?qū)Ш叫l(wèi)星的位置數(shù)據(jù)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星受遮擋數(shù)據(jù)、相對(duì)于第一天線和第二天線為基線的方位角α 和俯仰角ε ； 所述數(shù)字地磁羅盤用于輸出方位角％和俯仰角ε2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星組合羅盤，其特征在于，所述數(shù)字地磁羅盤包括地磁傳感器。
3.—種衛(wèi)星組合羅盤的方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法，其特征在于， 在全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)沒(méi)有遮擋時(shí)，包括以下步驟: 步驟11，第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路； 步驟12，第二天線、第二饋線、第二多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路； 步驟13，在計(jì)算電路中進(jìn)行處理得到衛(wèi)星羅盤的無(wú)漂移方位角\和俯仰角S1，通過(guò)組合處理器處理后作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出； 在全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)有遮擋時(shí)，包括以下步驟: 步驟21，第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路； 步驟22，第二天線、第二饋線、第二多通道接收機(jī)接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星的信號(hào)和數(shù)據(jù)，并送給計(jì)算電路； 步驟23，在計(jì)算電路中進(jìn)行處理得到衛(wèi)星羅盤的方位角\和俯仰角S1，送給組合處理器； 步驟24，數(shù)字地磁羅盤將采集到的有漂移的方位角％和俯仰角^2數(shù)據(jù)發(fā)送給組合處理器； 步驟25，使用組合處理器修正無(wú)遮擋最后一組h時(shí)刻數(shù)據(jù):將方位角a=、和俯仰角ε = 作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)； 步驟26,在h時(shí)刻以后,將方位角0=02-八€[2和俯仰角ε = ε2-Δ ε 2作為衛(wèi)星組合羅盤的輸出數(shù)據(jù)，Λ %和Λ ￡2分別為數(shù)字地磁羅盤在h時(shí)刻以后的外推漂移誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種衛(wèi)星組合羅盤，包括衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤，所述衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤同時(shí)連接組合處理器，所述組合處理器用于合成衛(wèi)星羅盤和數(shù)字地磁羅盤發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示；所述衛(wèi)星羅盤包括依次連接的第一天線、第一饋線、第一多通道接收機(jī)以及計(jì)算電路，所述計(jì)算電路還與依次連接的第二天線、第二饋線以及第二多通道接收機(jī)連接，所述計(jì)算電路同時(shí)連接組合處理器；所述第一天線和第二天線用于接收4顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)；所述第一多通道接收機(jī)和第二多通道接收機(jī)用于將每顆全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號(hào)處理成信號(hào)相位和全球?qū)Ш叫l(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及位置數(shù)據(jù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用上述設(shè)備的衛(wèi)星組合羅盤的方位角和俯仰角測(cè)量計(jì)算方法。
文檔編號(hào)G01C17/00GK103148845SQ20131006657
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者劉興, 趙敏, 常傳文 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所