基于四天线GNSS接收机的滚转载体定姿技术
作者:
作者单位:

重庆航天火箭电子技术有限公司 重庆 400039

作者简介:

吴思凡 1991年生,硕士,工程师。
周 爽 1998年生,硕士,助理工程师。
徐向前 1976年生,本科,高级工程师。
肖满湘 1987年生,硕士,高级工程师。
邓榆凡 1996年生,硕士,工程师。
王俊翔 1996年生,本科,助理工程师。
陈心萌 1998年生,硕士,助理工程师。

通讯作者:

中图分类号:

V556.1;TN953

基金项目:


Attitude Determination of Spinning Vehicles by 4-Antenna GNSS Receivers
Author:
Affiliation:

Chongqing Aerospace Rocket Electronics Company, Chongqing 400039, China

Fund Project:

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    摘要:

    传统的GNSS(全球导航卫星定位系统)定姿算法主要基于对天线相对基线的精确测量。该算法需要有接收机提取的天线间的载波相位差分量,其中两天线的连线需与载体的运动方向重合。对于自旋稳定载体,其接收机多为四天线架构,且天线安装方式一般为围绕载体截面圆周均匀分布,与传统的测姿算法所需条件不符。载体自旋时,由于安装位置的差异,天线将产生不同的滚转速度矢量,使得其差分矢量为滚转角速度的非平凡函数。本文通过取两相邻天线的ENU(东北天坐标系)速度差分量,可抵消两天线在滚转平面外的共有速度并解出滚转角速度。进一步,对于四天线GNSS接收机,基于其天线分布的几何特性可导出一对线性无关的差分滚转矢量,利用Kabsch(面向点云配准的算法)可求解出从ENU系至本体系的唯一旋转矩阵,进而解出载体完整的姿态信息。最后通过GNSS实物转台实验验证了算法可在载体滚转时使接收机保持连续定位且可较准确地计算出载体滚转速度与姿态信息。

    Abstract:

    In this paper, we propose a novel method of attitude determination for spinning vehicles based on standalone GNSS. A baseband algorithm is first developed to resolves the shadowing effect encountered by 4-antenna receivers mounted on spinning vehicles, enabling continuous and precise signal tracking. Then the particular geometry of the 4-antenna configuration is exploited to yield differential ENU-velocity vectors from co-located antennas. By taking the inner product, the vehicle's pose information is derived the orthonormality of rotation matrices, and yields the roll rate in the body frame. Finally, we use the roll rate to devise linearly independent differential vector pairs and solve for the rotation matrix in the linear system relating ENU velocities and body-frame velocities. The attitude information,defined by Tait-Bryan angles, can thereby be resolved. The algorithm presented is implemented in a 4-antenna real-time GNSS receiver and experiments are carried out with a spinning cylindrical platform. The results are confirmed via evaluation of the PVT results and comparisons with the platform's true attitude.

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    引证文献
引用本文

吴思凡,周爽,徐向前,肖满湘,邓榆凡,王俊翔,陈心萌.基于四天线GNSS接收机的滚转载体定姿技术[J].遥测遥控,2025,46(2):64-71.

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历史
  • 收稿日期:2025-01-13
  • 最后修改日期:2025-02-05
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2025-03-19
  • 出版日期:
  • 优先出版日期: 2025-03-19