CN112698365A - 一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及***，用于解决基于单天线的多星单频接收机所导致的定位精度不够高和可用性差的问题。本发明实施例中，第一天线和第二天线用于接收多个卫星的射频信号，射频模块将相应的射频信号下变频为对应的数字中频，基带处理模块通过对数字中频的相关处理生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据，主控模块则使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，则根据载体的姿态信息，对第二观测数据修正，根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

Description

一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及***

技术领域

本发明实施例涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及***。

背景技术

随着世界卫星导航领域对LEO(Low Earth Orbit，低轨卫星)以及火箭的发射的关注和青睐，随之而来，对于用于火箭发射、低轨卫星的高动态接收机的要求也越来越严格。

目前，用于火箭发射、低轨卫星的高动态接收机主要是基于多星单频接收机，常见为双星单频接收机，例如GPS(Global Positioning System，全球定位***)L1和BD(BeiDouPositioning System，北斗定位***)B1，且多星单频接收机为单天线接收卫星导航信号。然而，考虑到火箭和卫星载体姿态变化的情况，基于单天线的多星单频接收机并不能接收到足够多的可见卫星且搜星不连续，那么就导致了基于单天线的多星单频接收机的定位精度不够高且可用性较差。

因此，需要提供一种解决方案，用于解决基于单天线的多星单频接收机所导致的定位精度不够高和可用性差的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及***，用于解决基于单天线的多星单频接收机所导致的定位精度不够高和可用性差的问题。

第一方面，本发明实施例提供的一种基于双天线的卫星接收机，包括：

第一天线，用于接收多个第一卫星的第一射频信号；

第二天线，用于接收多个第二卫星的第二射频信号；

射频模块，用于将所述第一射频信号下变频为第一数字中频，将所述第二射频信号下变频为第二数字中频；

基带处理模块，用于分离所述第一数字中频和所述第二数字中频，确定所述第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；根据所述多个第一卫星导航信号和所述多个第二卫星导航信号，生成所述第一天线所对应的第一观测数据和所述第二天线所对应的第二观测数据；

主控模块，用于使用选星算法对所述第一天线和所述第二天线进行选择，确定所述第一观测数据所对应的第一天线为主天线；根据载体的姿态信息，对所述第二观测数据修正；根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

通过上述方式，基于双天线的卫星接收机，通过对称安装在接收机的双天线，实现了在载体的姿态发生变化的情况下，仍可以接收到足够多的卫星，解决了由于载体姿态变化导致的搜星不连续和可用卫星少的问题，提高了卫星的可用性；且通过选星算法对主天线的选择，并根据载体的姿态信息，实现将双天线的观测数据联合解算，提高了定位精度。

在一种可能的设计中，所述主控模块，具体用于：

根据所述第一观测数据和所述第二观测数据分别进行单点定位，确定所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子；

比较所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子，在确定所述第一天线的精度因子小于所述第二天线的精度因子时，确定所述第一天线为主天线。

通过上述方式，利用双天线经过单点定位确定的精度因子来选取主天线，使得所选取的主天线所接收的卫星分布程度更好，使得通过所选取的主天线进行进一步的解算，所确定的定位结果的定位精度进一步提高。

在一种可能的设计中，所述射频模块包括第一射频芯片和第二射频芯片，所述射频模块，还用于：

输出所述第一数字中频和所述第二数字中频以及对应的采样时钟；

所述基带处理模块，还用于：

确定所述第一天线所对应的第一射频芯片，根据所述第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，对所述第一数字中频和所述第二数字中频进行采样处理。

通过上述方式，通过选取主天线所对应的第一射频芯片，并利用第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，进行数字中频的采样处理，使得所采样处理确定的数字中频精度提高，为进一步主控模块确定定位结果提供了准确的数字中频。

在一种可能的设计中，所述主控模块，具体用于：

根据所述载体的姿态信息确定所述第一天线和所述第二天线之间的基线矢量

根据所述基线矢量

和射频延迟τ₁₀以及第二天线所确定的多个第二卫星的伪距ρ⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；

根据第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位L⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；

所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m符合公式(1)；

所述公式(1)为：

其中，

为卫星的方向矢量，c为光速；

所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m符合公式(2)；

所述公式(2)为：

其中，N₀₁为载波相位跟踪模糊度，λ为卫星频点对应的波长。

通过上述方式，在确定第一天线为主天线，则将第二天线的观测数据，即第二天线的伪距和载波相位进行修正，拟合至第一天线接收对应卫星的伪距和载波相位，充分考虑了位置偏移带来的定位精度影响，通过将第二天线的伪距和载波相位拟合至第一天线对应卫星的伪距和载波相位，使得通过定位解算得到的定位精度进一步提高。

在一种可能的设计中，所述射频延迟τ₁₀为采用预设标定的方式对不同频点和所述射频模块的射频通道的延迟进行标定。

在一种可能的设计中，所述主控模块，具体用于：

根据所述第一天线的伪距和载波相位、所述ρ¹ _m和所述L¹ _m以及相对应的卫星的星历信息，通过单点定位解算确定所述定位结果。

通过上述方式，针对两路射频芯片的下变频处理后的观测数据存在一个固定延迟偏差，通过预设标定的方式对不同频点和射频模块的射频通道的延迟进行标定，使得主控模块通过解算确定的定位结果，定位精度进一步提高。

在一种可能的设计中，所述第一数字中频和所述第二数字中频包括：

全球定位***GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和北斗定位***BD2星座B1、B3频点对应的数字中频。

通过上述方式，确定了选取的第一数字中频和第二数字中频为双频数据，使得通过双频数据的第一数字中频和第二数字中频消除了单频数据所导致的电离层误差，进一步提高了定位精度。

通过上述方式，利用主天线即第一天线的伪距和载波相位、第二天线拟合至第一天线的对应卫星的伪距和载波相位以及相对应的卫星星历信息，通过对主天线进行单点定位解算所确定的定位结果，定位精度进一步的提高。

第二方面，本发明实施例提供了一种卫星定位方法，包括：接收多个第一卫星的第一射频信号和接收多个第二卫星的第二射频信号；

将所述第一射频信号下变频为第一数字中频，将所述第二射频信号下变频为第二数字中频；

分离所述第一数字中频和所述第二数字中频，确定所述第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；

根据所述多个第一卫星导航信号和所述多个第二卫星导航信号，生成所述第一天线所对应的第一观测数据和所述第二天线所对应的第二观测数据；

使用选星算法对所述第一天线和所述第二天线进行选择，确定所述第一观测数据所对应的第一天线为主天线；

根据载体的姿态信息，对所述第二观测数据修正；

根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

在一种可能的设计中，所述使用选星算法对所述第一天线和所述第二天线进行选择，确定所述第一观测数据所对应的第一天线为主天线，包括：

根据所述第一观测数据和所述第二观测数据分别进行单点定位，确定所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子；

比较所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子，在确定所述第一天线的精度因子小于所述第二天线的精度因子时，确定所述第一天线为主天线。

在一种可能的设计中，所述将所述第一射频信号下变频为第一数字中频，将所述第二射频信号下变频为第二数字中频之后，还包括：

输出所述第一数字中频和所述第二数字中频以及对应的采样时钟；

确定所述第一天线所对应的第一射频芯片，根据所述第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，对所述第一数字中频和所述第二数字中频进行采样处理。

在一种可能的设计中，所述根据载体的姿态信息，对所述第二观测数据修正，包括：

根据所述载体的姿态信息确定所述第一天线和所述第二天线之间的基线矢量

根据所述基线矢量

和射频延迟τ₁₀以及第二天线所确定的多个第二卫星的伪距ρ⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；

根据第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位L⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；

所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m符合公式(1)；

所述公式(1)为：

其中，

为卫星的方向矢量，c为光速；

所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m符合公式(2)；

所述公式(2)为：

其中，N₀₁为载波相位跟踪模糊度，λ为卫星频点对应的波长。

在一种可能的设计中，所述射频延迟τ₁₀为采用预设标定的方式对不同频点和所述射频模块的射频通道的延迟进行标定。

在一种可能的设计中，所述根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果，包括：

根据所述第一天线的伪距和载波相位、所述ρ¹ _m和所述L¹ _m以及相对应的卫星的星历信息，通过单点定位解算确定所述定位结果。

在一种可能的设计中，所述第一数字中频和所述第二数字中频包括：

全球定位***GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和北斗定位***BD2星座B1、B3频点对应的数字中频。

第三方面，本发明实施例还提供一种卫星定位***，包括如第一方面所述的卫星接收机。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于调用所述存储器中存储的计算机程序，按照获得的程序执行如第二方面的各种可能的设计中所述的方法。

第五方面，本发明实施例还提供一种计算机可读非易失性存储介质，包括计算机可读程序，当计算机读取并执行所述计算机可读程序时，使得计算机执行如第二方面的各种可能的设计中所述的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种接收机和卫星的示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种基于双天线的卫星接收机结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种射频芯片内部示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种观测数据集合处理的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，低轨卫星以其星座和信号的独特优势，逐步受到世界卫星导航领域的关注和青睐，有望成为新一代卫星导航***发展的新增量，低轨卫星不仅可以增强卫星导航信号，作为GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星***)的增强与补充，也可以通过通信***和导航***融合，播发独立测距信号，形成备份的定位导航能力。世界卫星导航领域对如何应用低轨卫星技术实现PNT(Positioning，Navigation,and Timing，导航定位和授时)***的增强、备份和补充的研发和实践方兴未艾。美国铱星***与GPS共同研发推出新型卫星授时与定位服务，已成为GPS***的备份或补充；欧洲Galileo(伽利略卫星导航***)技术团队，也在积极推进开普勒***研究，通过4-6颗低轨卫星构成的低轨星座，通过星间链路对中高轨卫星进行监测和高精度测量，以大幅提高Galileo星座的定轨精度。

与此同时，国内的低轨卫星技术发展也如火如荼。图1所示为本发明实施例中提供的一种接收机和卫星的示意图。在有关部门、大型央企、研究院所以及民营企业的推动下，鸿雁、天地一体化网络、微厘空间等低轨卫星星座已开展试验卫星在轨试验，而低轨卫星的定轨则需要星载卫星接收机来辅助完成，因此，对于所选卫星接收机是否具有高定位精度显得尤为重要。

另外，针对火箭的发射和收回工作，由于火箭的箭体在返回过程中会经历短时间的飞行环境剧变，这将给控制与导航增加了难度，比如返回级分离后的惯性制导***加速度传感器需要快速计算，并在气动控制较弱的环境下对箭体姿态进行调整，提供高精度的飞行状态初始信息，因此，除了需要强大的电子***之外，还需要一个定位精度高的接收机。

上述以低轨卫星和火箭的发射和回收为例，说明确定高精度定位的卫星接收机的必要性，实际上高定位精度的卫星接收机适用于更加广泛的情形，此处不再一一罗列。

针对基于单天线的多星单频接收机所导致的定位精度不够高和可用性差的问题，本发明实施例提供一种基于双天线的卫星接收机，该接收机可以应用于卫星导航技术领域。图2为本发明实施例中提供的一种基于双天线的卫星接收机结构示意图，包括：

S201，第一天线接收多个第一卫星的第一射频信号；

S202，第二天线接收多个第二卫星的第二射频信号；

S203，射频模块将第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二射频信号下变频为第二数字中频；

S204，基带处理模块分离第一数字中频和第二数字中频，确定第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；并根据多个第一卫星导航信号和多个第二卫星导航信号，生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据；

S205，主控模块使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，并根据载体的姿态信息，对第二观测数据修正；根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

在步骤S201和S202中，使用两路独立的卫星天线即第一天线和第二天线，对称安装于卫星接收机的对称两侧，实现了针对姿态变化的卫星，仍可以接收到足够多的卫星。应当理解的是，姿态变化的卫星指的是卫星相对于自身质点的转动而形成的，由于天线是具有方向图的，当天线的仰角不在预设范围内，则天线接收射频信号的能力也将变差，那么将导致对于姿态变化的卫星，不能接收到足够多的可见卫星且搜星不连续。因此，本申请实施例，通过双天线来进行接收卫星的射频信号，使得对于姿态变化的卫星可接收到更多，即第一天线可接收到多个第一卫星的第一射频信号，第二天线接收多个第二卫星的第二射频信号。

例如，第一天线接收到卫星为3个，第二天线接收到卫星为2个，那么若采用单天线的卫星接收机，可知由于单天线接收到的卫星数量均小于4个，不能进行定位解算；而本申请实施例为基于双天线的卫星接收机，通过第一天线和第二天线联合所接收到大于4个(为5个)卫星的射频信号，便可以进行定位解算。需要说明的是，步骤S201和S202为同时执行，不分先后顺序。

在步骤203具体实施过程中，射频模块接收到第一天线输出的第一射频信号和第二天线输出的第二射频信号后，则将第一天线输出的第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二天线输出的第二射频信号下变频为第二数字中频；为了适配双天线，卫星接收机在硬件设计上，可针对该射频模块，设置两路单独的射频通道对第一天线和第二天线输出的对应的射频信号进行变频处理，来得到对应的数字中频。

在步骤S204具体实施过程中，基带处理模块是卫星导航信号接收的核心元件，具有较为快速的处理功能。应当理解的是，针对第一数字中频和第二数字中频，实质为包含有所对应的多个第一卫星和多个第二卫星的数字中频。因此，针对第一数字中频和第二数字中频进行分离，即对第一天线和第二天线的卫星的捕获和跟踪，便可确定出第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号，那么根据多个第一卫星导航信号和多个第二卫星导航信号，即可生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据；可知，该第一观测数据和第二观测数据为第一天线和第二天线对应的原始的观测数据。需要说明的是，针对基带处理模块对于卫星的捕获和跟踪，属于现有技术领域，在此不做赘述。

在步骤S205具体实施过程中，主控模块同时调度基于双天线的卫星接收机的基带处理模块中的两路捕获通道和内部的跟踪通道进行环路处理，其中该主控模块包含有：载波跟踪环、码跟踪环、bit同步处理、帧同步处理、捕获调度模块、本地时钟模块以及观测数据生成模块。主控模块接收基带处理模块所生成的原始观测数据集，即第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据，通过使用选星算法来对第一天线和第二天线进行选择，当确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，由于第一天线和第二天线在几何位置上具有偏移，通过将解算结果转移到主天线相位中心处，来进一步根据载体的姿态信息，对从天线(第二天线)所对应的第二观测数据修正，从而根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果，实现将双天线的观测数据的联合解算，提高了定位精度。

针对射频模块对所接收到的射频信号的变频处理，得到对应的数字中频，该第一数字中频和第二数字中频，如下提供一种具体的方式：

该第一数字中频和第二数字中频包括：全球定位***GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和北斗定位***BD星座B1、B3频点对应的数字中频。

针对GPS星座是通过接收卫星导航信号来进行定位，GPS卫星导航信号分为L1和L2，即L1频点和L2频点，射频频率分别为1575.42和1227.6，那么射频模块通过对GPS星座L1、L2频点的射频频率进行下变频处理，即可得到对应的数字中频；针对BD星座，分为B1、B2和B3频点，本申请实施例通过选用BD星座中的B1和B3频点，来使得射频模块通过对BD星座中的B1和B3频点的射频频率进行下变频处理，即可得到对应的数字中频。本申请实施例中，通过双星的四频数据，为高精度定位解算提供了足够多的观测数据频点，通过其得到的第一数字中频和第二数字中频，确定了选取的第一数字中频和第二数字中频为四路中频数据，使得通过四路中频数据的第一数字中频和第二数字中频消除了单频数据所导致的电离层误差，进一步提高了定位精度。

针对第一数字中频和第二数字中频，另一种方式是，确定第一数字中频和第二数字中频为GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITESYSTEM，全球卫星导航***)星座对应的频点L1和频点L2，具体采用何种方式确定第一数字中频和第二数字中频，本申请不做限定。

另外，针对步骤S204中，基带处理模块针对第一数字中频和第二数字中频进行分离，即对第一天线和第二天线的卫星的捕获和跟踪，为了节省资源降低功耗，对于捕获跟踪的四路频点数据，支持引导捕获功能，任一一个捕获通道的实际信号在跟踪过程中可以辅助其他频点的信号捕获。例如，当捕获到GPS星座的L1频点，由于L1和L2码相位在零点一致，多普勒具有一定关系比例，因此，通过频点L1便可知频点L2，因此，不再需要启用捕获通道来另行捕获，通过引导在一定范围搜索多普勒和码相位，便可以快速捕获到其他频点的。

针对将第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二射频信号下变频为第二数字中频的射频模块，如下提供一种具体的方式：

该射频模块包括第一射频芯片和第二射频芯片，且在将第一射频信号下变频为第一数字中频和第二射频信号下变频为第二数字中频之后，会输出第一数字中频和第二数字中频以及对应的采样时钟；进一步的，基带处理模块在确定第一天线所对应的第一射频芯片之后，根据第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，对第一数字中频和第二数字中频进行采样处理。

针对该第一射频芯片和第二射频芯片是使用两路的XN117模块，且时钟同源，通过XN117模块来确定两路数字中频和采样时钟，第一射频芯片负责将第一天线射频信号下变频为第一数字中频，第二射频芯片负责将第二天线射频信号下变频为第二数字中频。该XN117模块集成有混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、频率合成器以及模数转换器。每一片XN117处理2个射频通道。如图3所示为射频芯片的内部示意图，通过一路射频芯片即可确定出两路数字中频。其中，根据前期方案验证，4路数字中频按照表1进行规划。

表1

例如，当接收到的卫星为BD星座的B1和B3频点，且选用了其中通道1作为该星座的射频通道，当接收射频频率为1268.52，即说明该射频频率对应的为B3频点，通过射频芯片的混频，所确定的一本振频率，即可通过一本振频率-射频频率来得到一中频频率；确定一中频频率为：1395-1268.52＝187.86；进一步，根据射频芯片确定的二本振频率，通过二本振频率-一中频频率来得到二中频频率；即确定二中频频率为：174.375-187.86＝-13.485。应当理解的是，第一数字中频和第二数字中频即为二中频频率集。

当射频模块通过两路射频芯片输出第一数字中频和第二数字中频以及对应的采样时钟后，基带处理模块在选用第一天线为主天线后，则可将第一天线所对应的第一射频芯片的采样时钟作为参考时钟，对第一数字中频和第二数字中频进行采样处理。通过选取主天线所对应的第一射频芯片，并利用第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，进行数字中频的采样处理，使得所采样处理确定的数字中频精度提高，为进一步主控模块确定定位结果提供了准确的数字中频。

针对步骤S205中，主控模块接收基带处理模块所生成的第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据，针对主控模块使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，来确定主天线，如下提供一种具体的方式：

主控模块根据第一观测数据和第二观测数据分别进行单点定位，确定第一天线的精度因子和第二天线的精度因子，比较第一天线的精度因子和第二天线的精度因子，在确定第一天线的精度因子小于所述第二天线的精度因子时，则确定第一天线为主天线。

本申请实施例中，通过对原始观测数据进行单点定位，即第一观测数据和第二观测数据的单点定位，便可确定出第一观测数据所对应的第一天线的精度因子和第二观测数据所对应的第二天线的精度因子。其中，由于观测数据的成果的好坏与被测量的卫星和卫星接收机间的几何形状有关且影响甚大，因此，计算上述所引起的误差量称为精度的强弱度，也称之为精度因子(Dilution of Precision，DOP)。可以看出，天空中卫星分布程度越好，定位精度越高，则该精度因子越小，那么通过对第一天线和第二天线所得出的精度因子进行比较，确定精度因子小的第一天线作为主天线，则表明第一天线所对应接收到的多个第一卫星的分布程度更好，应当理解的是，单点定位技术(precise point positioning，PPP)属于本领域常规技术手段，在此不做赘述。

针对在确定了第一观测数据所对应的第一天线为主天线后，则根据载体的姿态信息，对第二观测数据修正，如下提供一种具体的实现方式：

主控模块根据载体的姿态信息确定第一天线和第二天线之间的基线矢量

根据基线矢量

和射频延迟τ₁₀以及第二天线所确定的多个第二卫星的伪距ρ⁰ _m，将第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；

根据第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位L⁰ _m，将第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；

第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m符合公式(1)；

公式(1)为：

其中，

为卫星的方向矢量，c为光速；

第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m符合公式(2)；

公式(2)为：

其中，N₀₁为载波相位跟踪模糊度，λ为卫星频点对应的波长。

根据载体提供的姿态信息，通过信息融合的手段将第一天线和第二天线对应的观测数据精确拟合到主天线的相位中心。根据载体所在的纬度、经度、高度(L_b，λ_b,h)，计算卫星导航坐标系到ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed，地心坐标系)坐标系的转换矩阵

获取载体的姿态角(θ，φ，ψ)，计算载体坐标系到卫星导航坐标系的转化矩阵

其中，转换矩阵

和转化矩阵

如下：

进一步的，根据卫星导航坐标系到ECEF坐标系的转换矩阵

和载体坐标系到卫星导航坐标系的转化矩阵

便可得出载体坐标系到ECEF坐标系的转换矩阵

那么便可根据载体坐标系到ECEF坐标系的转换矩阵

以及载体坐标系下的基线向量

来确定ECEF坐标系下第一天线和第二天线之间的基线矢量

则由于已确定第一天线为主天线，即将从天线，即第二天线的观测数据拟合成主天线接收对应卫星的观测数据，其中观测数据指伪距以及载波相位，那么便可确定对第二观测数据的修正为修正后的伪距以及修正后的载波相位，即确定了将第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距如上述公式(1)中的ρ¹ _m，将第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成第一天线的接收对应卫星的载波相位如上述公式(1)中的L¹ _m；那么便实现对从天线即第二天线所对应的第二观测的修正。

通过上述方式，在确定第一天线为主天线，则将第二天线的观测数据，即第二天线的伪距和载波相位进行修正，拟合至第一天线接收对应卫星的伪距和载波相位，充分考虑了位置偏移带来的定位精度影响，通过将第二天线的伪距和载波相位拟合至第一天线对应卫星的伪距和载波相位，使得通过定位解算得到的定位精度进一步提高。

针对在将第一天线和第二天线所对应的射频信号下变频为对应数字中频过程中，由于采用了第一射频和第二射频芯片来分别进行第一天线和第二天线的射频信号的变频处理，因此，在根据对应的第一数字中频和第二数字中频生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据，是存在一个固定的射频延迟，因此，需要对该射频延迟τ₁₀进行标定，来进一步保证高精度的定位结果，对于该射频延迟τ₁₀的确定，如下提供一种具体的实现方式：

该射频延迟τ₁₀为采用预设标定的方式对不同频点和射频模块的射频通道的延迟进行标定。

例如，通过采用实验室硬件标定的方式来对不同频点，即GPS星座的L1、L2以及BD星座的B1和B3以及相应的射频通道的延迟进行标定，进一步的提高定位精度。应当理解的是，随着第一观测数据和第二观测数据的变化，该射频延迟τ₁₀也会随之动态调整。

针对根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果，如下提供一种具体的实现方式：

根据第一天线的伪距和载波相位、上述确定的ρ¹ _m和L¹ _m以及相对应的卫星的星历信息，通过单点定位解算确定定位结果。

在通过选星算法确定了第一天线为主天线，且根据载体姿态信息，将从天线，即第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；以及第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m后，则通过联合解算来获取第一天线的伪距和载波相位观测数据，以及上述修正的观测数据即伪距ρ¹ _m和载波相位L¹ _m，以及射频模块对应的双通道的射频延迟τ₁₀，来通过单点定位解算算法解算得到具有高精度的定位结果。

通过联合解算的方式来获取相关观测数据，实现了当第一天线和第二天线都不可单独进行定位时，也可通过启动联合解算模式，通过对第一天线和第二天线的对应的观测数据的联合解算，并对于第一天线和第二天线中重复星情况，通过对比信噪比，忽略仰角的影响，来确定出信噪比较高的观测数据，实现基于双天线卫星接收机的高精度定位。

针对观测数据的集合处理，以得到高精度的定位结果，如下图4为本发明实施例中提供的一种观测数据集合处理的流程图。具体步骤如下：

步骤401，双天线选星算法，确定第一天线为主天线；

步骤402，根据电文信息完成本地时钟的初始化以及修正；

步骤403，根据载体姿态信息，对第二天线对应的第二观测数据修正；

步骤404，进行联合解算，获取第一观测数据，修正后的第二观测数据；

步骤405，确定双通道射频延迟；

步骤406，得到观测数据；

步骤407，单点定位，解算得到定位结果。

根据步骤401，主控模块通过选星算法对第一天线和第二天线进行选择，通过对第一天线和第二天线进行单点定位解算，确定第一天线的精度因子和第二天线的精度因子，在确定第一天线的精度因子较小时，选取第一天线为主天线；即可确定对于第一天线对应的第一观测数据和第二天线对应的第二观测数据，可采用将从天线的观测数据，即第二天线对应的第二观测数据进行修正。

在步骤402中，通过对电文信息提取完成GPS星座、BD星座(例如BD2)D1、D2电文的解析和存储，从电文中提取***时间完成本地时钟初始化及修正。

步骤403中，根据载体姿态信息，通过确定的第一天线和第二天线之间的基线矢量

以及射频延迟τ₁₀，实现了将第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；将第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；可知，该修正后的伪距ρ¹ _m和修正后的载波相位L¹ _m即为修正后的第二观测数据；

在步骤405，由于第一天线和第二天线选用了射频模块中的不同的两个射频芯片对应的射频通道，两个射频芯片延迟不同，因此，对于第一观测数据和第二观测数据来说，具有一定的射频延迟τ₁₀，且需要对该射频延迟τ₁₀对定位解算的影响。因此，本申请实施例针对双通道射频延迟进行预设标定的方式来对不同频点和射频模块的射频通道的延迟进行标定预设标定，提高了观测数据的准确性。应当理解的是，步骤404和步骤405的执行顺序不分先后，可在确定了射频延迟τ₁₀后，再进行对第二观测数据的修正，也可以在进行第二观测数据的修正过程中，利用射频延迟τ₁₀的动态变化，来对第二观测数据修正。

根据步骤406，可得到进行定位解算所需要的观测数据；该观测数据为通过联合解算，来获取第一天线的观测数据，包括第一天线所确定的接收多个第一卫星的伪距和载波相位以及修正后的第二观测数据，即将第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m，以及将第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m以及多个第一卫星以及多个第二卫星所对应的卫星的星历信息。

步骤407，通过上述步骤406联合解算所确定的观测数据，即可通过单点定位解算算法来确定高精度的定位结果。

从上述内容可看出：本发明实施例中提供了一种基于双天线的卫星接收机、卫星定位方法及***，第一天线用于接收多个第一卫星的第一射频信号以及第二天线用于接收多个第二卫星的第二射频信号；射频模块则用于将第一天线所输出的第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二天线所输出的第二射频信号下变频为第二数字中频；进一步，基带处理模块分离第一数字中频和第二数字中频，并确定第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号，根据多个第一卫星导航信号和多个第二卫星导航信号，生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据；进一步主控模块则可使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，并根据载体的姿态信息，对第二观测数据修正，进一步根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。从上述内容可以看出，基于双天线的卫星接收机，通过对称安装在接收机的双天线，实现了在载体的姿态发生变化的情况下，仍可以接收到足够多的卫星，解决了由于载体姿态变化导致的搜星不连续和可用卫星少的问题，提高了卫星的可用性；且通过选星算法对主天线的选择，并根据载体的姿态信息，实现将双天线的观测数据联合解算，提高了定位精度。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种卫星定位方法，该方法是基于双天线的卫星接收机执行的，该方法包括：

接收多个第一卫星的第一射频信号和接收多个第二卫星的第二射频信号，并将第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二射频信号下变频为第二数字中频；分离该第一数字中频和第二数字中频，确定第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；根据多个第一卫星导航信号和多个第二卫星导航信号，来生成第一天线所对应的第一观测数据和第二天线所对应的第二观测数据，通过使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，来确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，根据载体的姿态信息，对上述第二观测数据修正，并进一步的根据第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，来解算得到定位结果。

在一种可能的设计中，使用选星算法对第一天线和第二天线进行选择，确定第一观测数据所对应的第一天线为主天线，包括：

根据第一观测数据和第二观测数据分别进行单点定位，确定第一天线的精度因子和第二天线的精度因子，通过比较第一天线的精度因子和第二天线的精度因子，在确定第一天线的精度因子小于第二天线的精度因子时，则确定第一天线为主天线。

在一种可能的设计中，将第一射频信号下变频为第一数字中频，将第二射频信号下变频为第二数字中频之后，还包括：

输出第一数字中频和第二数字中频以及对应的采样时钟，并确定第一天线所对应的第一射频芯片，根据第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，对第一数字中频和第二数字中频进行采样处理。

在一种可能的设计中，根据载体的姿态信息，对第二观测数据修正，包括：

根据载体的姿态信息确定第一天线和第二天线之间的基线矢量

根据基线矢量

和射频延迟τ₁₀以及第二天线所确定的多个第二卫星的伪距ρ⁰ _m，将第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；根据第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位L⁰ _m，将第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；其中，第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m符合公式(1)；

公式(1)为：

其中，

为卫星的方向矢量，c为光速；

第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m符合公式(2)；

公式(2)为：

其中，N₀₁为载波相位跟踪模糊度，λ为卫星频点对应的波长。

在一种可能的设计中，射频延迟τ₁₀为采用预设标定的方式对不同频点和所述射频模块的射频通道的延迟进行标定。

在一种可能的设计中，第一数字中频和第二数字中频包括：

全球定位***GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和北斗定位***BD2星座B1、B3频点对应的数字中频。

在一种可能的设计中，所述根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果，包括：

根据所述第一天线的伪距和载波相位、所述ρ¹ _m和所述L¹ _m以及相对应的卫星的星历信息，通过单点定位解算确定所述定位结果。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种卫星定位***，包括上述任一项的卫星接收机。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供另一种计算机设备，该计算机设备具体可以为桌面计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)等。该计算机设备可以包括中央处理器(Center ProcessingUnit，CPU)、存储器、输入/输出设备等，输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备可以包括显示设备，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、阴极射线管(CathodeRay Tube，CRT)等。

存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，并向处理器提供存储器中存储的程序指令和数据。在本发明实施例中，存储器可以用于存储上述卫星定位方法的程序。

处理器通过调用存储器存储的程序指令，处理器用于按照获得的程序指令执行上述卫星定位方法。

基于同样的发明构思，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述计算机设备所用的计算机程序指令，其包含用于执行上述卫星定位方法的程序。

所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NAND FLASH)、固态硬盘(SSD))等。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于双天线的卫星接收机，其特征在于，包括：

第一天线，用于接收多个第一卫星的第一射频信号；

第二天线，用于接收多个第二卫星的第二射频信号；

射频模块，用于将所述第一射频信号下变频为第一数字中频，将所述第二射频信号下变频为第二数字中频；

基带处理模块，用于分离所述第一数字中频和所述第二数字中频，确定所述第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；根据所述多个第一卫星导航信号和所述多个第二卫星导航信号，生成所述第一天线所对应的第一观测数据和所述第二天线所对应的第二观测数据；

主控模块，用于使用选星算法对所述第一天线和所述第二天线进行选择，确定所述第一观测数据所对应的第一天线为主天线；根据载体的姿态信息，对所述第二观测数据修正；根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

2.根据权利要求1所述的卫星接收机，其特征在于，所述主控模块，具体用于：

根据所述第一观测数据和所述第二观测数据分别进行单点定位，确定所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子；

比较所述第一天线的精度因子和所述第二天线的精度因子，在确定所述第一天线的精度因子小于所述第二天线的精度因子时，确定所述第一天线为主天线。

3.根据权利要求2所述的卫星接收机，其特征在于，所述射频模块包括第一射频芯片和第二射频芯片，所述射频模块，还用于：

输出所述第一数字中频和所述第二数字中频以及对应的采样时钟；

所述基带处理模块，还用于：

确定所述第一天线所对应的第一射频芯片，根据所述第一射频芯片所对应的采样时钟作为参考时钟，对所述第一数字中频和所述第二数字中频进行采样处理。

4.根据权利要求1所述的卫星接收机，其特征在于，所述主控模块，具体用于：

根据所述载体的姿态信息确定所述第一天线和所述第二天线之间的基线矢量

根据所述基线矢量

和射频延迟τ₁₀以及第二天线所确定的多个第二卫星的伪距ρ⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的伪距拟合成所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m；

根据第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位L⁰ _m，将所述第二天线所确定的多个第二卫星的载波相位拟合成所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m；

所述第一天线的接收对应卫星的伪距ρ¹ _m符合公式(1)；

所述公式(1)为：

其中，

为卫星的方向矢量，c为光速；

所述第一天线的接收对应卫星的载波相位L¹ _m符合公式(2)；

所述公式(2)为：

其中，N₀₁为载波相位跟踪模糊度，λ为卫星频点对应的波长。

5.根据权利要求4所述的卫星接收机，其特征在于，所述射频延迟τ₁₀为采用预设标定的方式对不同频点和所述射频模块的射频通道的延迟进行标定。

6.根据权利要求4所述的卫星接收机，其特征在于，所述主控模块，具体用于：

根据所述第一天线的伪距和载波相位、所述ρ¹ _m和所述L¹ _m以及相对应的卫星的星历信息，通过单点定位解算确定所述定位结果。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的卫星接收机，其特征在于，所述第一数字中频和所述第二数字中频包括：

全球定位***GPS星座L1、L2频点对应的数字中频和北斗定位***BD星座B1、B3频点对应的数字中频。

8.一种卫星定位方法，其特征在于，包括：

接收多个第一卫星的第一射频信号和接收多个第二卫星的第二射频信号；

将所述第一射频信号下变频为第一数字中频，将所述第二射频信号下变频为第二数字中频；

分离所述第一数字中频和所述第二数字中频，确定所述第一数字中频所对应的多个第一卫星导航信号和所述第二数字中频所对应的多个第二卫星导航信号；

根据所述多个第一卫星导航信号和所述多个第二卫星导航信号，生成所述第一天线所对应的第一观测数据和所述第二天线所对应的第二观测数据；

使用选星算法对所述第一天线和所述第二天线进行选择，确定所述第一观测数据所对应的第一天线为主天线；

根据载体的姿态信息，对所述第二观测数据修正；

根据所述第一观测数据以及修正后的第二观测数据以及相对应的卫星的星历信息，解算得到定位结果。

9.一种卫星定位***，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的卫星接收机。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求所述8的方法。

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