适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置与流程

1.本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置。


背景技术：

2.全球卫星导航系统(global navigation satellite system,gnss)双天线定向是一种利用卫星导航接收机测量两台卫星导航天线的卫星观测量、并解算出基线方向的技术。
3.gnss双天线定向通常使用载波相位定向方法解算基线方向，该方法利用载波相位观测量构造双差观测量，并利用载波相位相对定位技术解算两台天线之间的基线向量，推导出基线方向。
4.在应用方面，双天线载波相位定向方法的局限性在于它对载波相位观测量的质量要求较高，因此载波相位观测量中不能包含较大的相位偏差。
5.相位失真天线被广泛应用于伪距单点定位中，此类天线具有幅值较大、空间分布非对称的相位中心偏差。以低成本的贴片天线为例，此类天线在设计时由于成本的限制或主要设计目标的要求，一般不会采取特别的技术来控制天线相位中心偏差。这导致以贴片天线为代表的低成本天线很难被用于双天线定向等依赖于高质量的载波相位观测量的gnss高精度应用。
6.此外，相位失真天线一方面载波相位观测量精度较差，另一方面很多以贴片天线为代表的低成本天线都是单频天线，只能接收一个频点的导航卫星信号，导致了将相位失真天线应用于双天线载波相位定向方法时，相对定位模型的强度较弱。


技术实现要素：

7.本发明实施例的目的在于提供一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置，以实现利用两个低成本的具有明显相位失真特性的卫星导航天线进行双天线定向，大幅降低了双天线定向的成本，且保证双天线定向的精准性。具体技术方案如下：
8.第一方面，本发明实施例提供了一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，该方法包括：
9.获取卫星观测量，所述卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对所述多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；
10.确定基线方向的候选集，所述候选集包含多个基线方向估计值，所述基线方向表征所述第一天线与所述第二天线之间的水平方向；
11.针对每一所述基线方向估计值，基于所述第一天线的第一天线相位方向图、所述第二天线的第二天线相位方向图，分别校正所述第一载波相位观测量中的相位中心偏差和所述第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基
于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与所述基线方向估计值之间的第一差值和所述基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算所述基线方向估计值的可靠度评估值；所述双差伪距观测量是基于所述第一伪距观测量和所述第二伪距观测量确定的，所述双差载波相位观测量是基于所述第一载波相位观测量和所述第二载波相位观测量确定的；
12.基于所述可靠度评估值，从所述候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于所述基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
13.可选的，所述基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解的步骤，包括：
14.基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间；
15.以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解；
16.基于所述模糊度向量固定解计算所述基线长度固定解和所述基线方向固定解。
17.可选的，所述以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤，包括：
18.基于如下优化目标函数，计算所述模糊度向量固定解；
[0019][0020]
其中，y表示所述双差载波观测量、所述双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示所述基线长度的先验测量值，h
′
表示所述基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示所述模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，be和bn分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示所述基线长度先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值的方差，a∈zn表征a属于n维整数空间，b∈r3表征属于三维实数空间。
[0021]
可选的，在执行基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间的步骤之后，所述方法还包括：
[0022]
判断所述模糊度搜索空间的大小是否在预设范围，若是，执行所述以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。
[0023]
可选的，所述基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与该基线方向估计值之间的第一差值、所述基线长度固定解与基线长度的先验测量值之间的第二差值，计算可靠度评估值的步骤，包括：
[0024]
基于下式计算所述可靠度评估值：
[0025][0026]
其中，r
dd
(h
′
)表示所述可靠度评估值，h
′
表示所述基线方向估计值；表示所述载波相位观测量的残差的平方和，表示所述伪距观测量的残差的平方和，l表示所述基线长度的先验测量值，表示基于h
′
解算得到的基线长度固定解，表示基于h
′
解算得到的基线方向固定解，表示所述双差载波相位观测量的方差，表示所述双差伪距观测量的方差，表示所述基线长度的先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值的方差。
[0027]
第二方面，本发明实施例提供了一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置，该装置包括：
[0028]
获取模块，用于获取卫星观测量，所述卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对所述多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；
[0029]
第一确定模块，用于确定基线方向的候选集，所述候选集包含多个基线方向估计值，所述基线方向表征所述第一天线与所述第二天线之间的水平方向；
[0030]
计算模块，用于针对每一所述基线方向估计值，基于所述第一天线的第一天线相位方向图、所述第二天线的第二天线相位方向图，分别校正所述第一载波相位观测量中的相位中心偏差和所述第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与所述基线方向估计值之间的第一差值和所述基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算所述基线方向估计值的可靠度评估值；所述双差伪距观测量是基于所述第一伪距观测量和所述第二伪距观测量确定的，所述双差载波相位观测量是基于所述第一载波相位观测量和所述第二载波相位观测量确定的；
[0031]
第二确定模块，用于基于所述可靠度评估值，从所述候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于所述基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
[0032]
可选的，所述计算模块，包括：
[0033]
第一解算单元，用于基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间；
[0034]
第二解算单元，用于以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解；
[0035]
确定单元，用于基于所述模糊度向量固定解计算所述基线长度固定解和所述基线方向固定解。
[0036]
可选的，所述第二解算单元，具体用于：
[0037]
基于如下优化目标函数，计算所述模糊度向量固定解；
[0038][0039]
其中，y表示所述双差载波观测量、所述双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示所述基线长度的先验测量值，h
′
表示所述基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示所述模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，be和bn分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示所述基线长度先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值的方差，a∈zn表征a属于n维整数空间，b∈r3表征属于三维实数空间。
[0040]
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
[0041]
存储器，用于存放计算机程序；
[0042]
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面所述的任一所述适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法。
[0043]
本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一所述的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法。
[0044]
本发明实施例有益效果：
[0045]
应用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置，首先设定多个基线方向估计值，再遍历各个基线方向估计值，依次对各个基线方向估计值进行评估，根据设定的评估标准，确定最优的基线方向估计值。在评估任一基线方向估计值的过程中，首先利用基线方向估计值，结合两个天线的天线相位方向图对两个天线的载波相位观测量进行校正，然后利用校正后的载波相位观测量进行整周模糊度计算，得到基线长度固定解和基线方向固定解。进一步的，利用双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，对基线方向估计值进行评估，能够准确评估基线方向估计值的可靠度，进而确定基线方向最优估计值，基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解即为双天线定向结果。
[0046]
可见，能够实现利用两个低成本的具有明显相位失真特性的卫星导航天线进行双天线定向，大幅降低了双天线定向的成本，使用低成本的相位失真的卫星导航天线进行定向对于推广gnss高精度技术具有重要作用。并且，通过设定多个基线方向估计值，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，逐个对基线方向估计值进行评估的方式，能够有效剔除含有较大偏差的基线方向估计值，确定基线方向最优估计值，即准确度最高的基线方向估计值，基于基线方向最优估计值进行双天线定向，使得双天线定向的精准性不会由于较大的天线相位中心偏差而明显下降。
[0047]
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0048]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0049]
图1是本发明实施例提供的双天线定向系统的示例图；
[0050]
图2是本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法的流程示意图；
[0051]
图3是本发明实施例提供的天线相位方向图的一种示例图；
[0052]
图4是本发明实施例提供的解算基线长度固定解和基线方向固定解的流程示意图；
[0053]
图5是本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法的示意图；
[0054]
图6是本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置的结构示意图；
[0055]
图7本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0056]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057]
为了解决低成本的相位失真天线难以被用于双天线定向等依赖于高质量的载波相位观测量的gnss高精度应用的技术问题，发明实施例提供了一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置，该方法中涉及的双天线被称为第一天线和第二天线。双天线定向，也就是确定第一天线和第二天线之间基线的方向。
[0058]
图1是本发明实施例提供的双天线定向系统的示例图，为了便于理解，下面先结合图1对本发明实施例涉及的双天线定向系统进行示例性说明。
[0059]
如图1所示，用户平台上安装有天线1和天线2两台卫星导航天线，且天线1和天线2之间的位置相对固定。连接两台天线的中心的线即基线，图1中示出了天线1和天线2之间的基线，基线长度具体为l，该基线的基线方向可以定义为由天线1指向天线2的矢量与正北方向的夹角，即图1所示的h。
[0060]
在图1所示的双天线定向系统中，可以获取天线1和天线2针对多个卫星的卫星观测量，例如，在图1中示出的卫星i的方向上，可以采集到天线1和天线2针对卫星i的卫星观测量。其中，图1中的表征卫星i相对于天线1的高度角，表征卫星i相对于天线1的方位角，表征卫星i相对于天线2的高度角，表征卫星i相对于天线2的方位角。应用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，可以基于这些卫星观测量，解算出天线1和天线2之间基线的方向。
[0061]
图2是本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法的流程示意图，参见图2，该方法具体包括以下步骤：
[0062]
步骤s201：获取卫星观测量，卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量。
[0063]
其中，第一天线和第二天线可以指用户平台上任意两台卫星导航天线，且第一天线和第二天线之间的位置相对固定。其中，第一天线和第二天线可以基于实际的定向需求进行确定，应用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，确定第一天线和第二天线之间基线的方向。
[0064]
在本发明实施例中，具体可以获取第一天线和第二天线针对同样的多颗卫星的卫星观测量，例如，假设第一天线和第二天线均能对卫星1-卫星n进行观测，则可以获取第一天线和第二天线针对卫星1-卫星n中每颗卫星的卫星观测量。
[0065]
天线针对每个卫星的卫星观测量，具体可以包括载波相位观测量和伪距观测量。
[0066]
其中，载波相位观测量在理论上即gnss信号在接收点的瞬时载波相位值，在实际应用中通常指卫星信号和接收机参考信号之间的相位差。伪距观测量即针对卫星和天线之间距离的观测值。对于载波相位观测量和伪距观测量的具体获取方式可以参考相关技术中的内容。
[0067]
值得注意的是，在每个历元中均能够获取到第一天线和第二天线针对多颗卫星的卫星观测量，针对任一历元获取到的卫星观测量，均能够利用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法解算出基线方向。在本发明实施例中，仅以其中一个历元为例，对步骤s201-s204进行示例性说明。
[0068]
步骤s202：确定基线方向的候选集，候选集包含多个基线方向估计值，基线方向表征第一天线与第二天线之间的水平方向。
[0069]
作为一个示例，为了便于对基线方向进行描述，可以将基线方向定义为第一天线指向第二天线的矢量与正北方向的夹角，以图1为例，若第一天线为天线1，第二天线为天线2，基线方向即图1所示的h。
[0070]
在本发明实施例中，需要先确定多个基线方向的估计值作为基线方向的候选集，在基线方向的候选集的基础上执行后续的步骤s203-s204。
[0071]
本发明实施例不对确定基线方向的候选集的具体方式进行限定，作为一个示例，可以预先确定一个基线方向间隔，以等间隔的方式确定基线方向候选集，例如，将5
°
作为基线方向间隔，在空间角度范围内每隔5
°
确定一个基线方向的估计值，获得基线方向的候选集。
[0072]
作为另一个示例，也可以预先设定一个角度值区间作为空间域搜索范围，在这一空间域搜索范围内以等间隔的方式确定基线方向的候选集。
[0073]
步骤s203：针对每一基线方向估计值，基于第一天线的第一天线相位方向图、第二天线的第二天线相位方向图，分别校正第一载波相位观测量中的相位中心偏差和第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于第一校正观测量和第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基
线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值和基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算基线方向估计值的可靠度评估值；双差伪距观测量是基于第一伪距观测量和第二伪距观测量确定的，双差载波相位观测量是基于第一载波相位观测量和第二载波相位观测量确定的。
[0074]
在本发明实施例中，需要预先对第一天线和第二天线的相位中心偏差分别进行标定，关于相位中心偏差的标定方式可以参考相关技术中的内容。
[0075]
具体的，可以通过天线相位方向图来表征相位中心偏差在空间上的分布。图3是本发明实施例提供的天线相位方向图的一种示例图，图3中最外围的0
°‑
360
°
的角度范围表征天线的方位角的范围，图中所示的30
°‑
60
°
的角度范围表征天顶角的范围，-8-8则表征各空间位置的相位中心偏差，单位为cm，图3所示的天线相位方向图中，用颜色的深浅来表征相位中心偏差的具体大小。
[0076]
在前述步骤s201中获取到的载波相位观测量具体为包含相位中心偏差的载波相位观测量，且已经提及天线相位方向图能够表征相位中心偏差在空间上的分布。因此，在本步骤中，可以针对每一基线方向估计值，利用第一天线的天线相位方向图，消除第一天线的载波相位观测量中的相位中心偏差，获得校正后的第一载波相位观测量，即第一校正观测量。针对每一基线方向估计值，利用第二天线的天线相位方向图，消除第二天线的载波相位观测量中的相位中心偏差，获得校正后的第二载波相位观测量，即第二校正观测量。
[0077]
应当理解，基线方向估计值与真实的基线方向越接近，则基于基线方向估计值消除载波相位观测中的相位中心偏差时，消除效果越好。
[0078]
从而，针对每一个基线方向估计值，均能够获得一组第一天线和第二天线校正后的载波相位观测量，即第一校正观测量和第二校正观测量，在此基础上，可以基于第一校正观测量和第二校正观测量解算第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解。
[0079]
其中，基线长度和基线方向均是可以基于整周模糊度计算得到的值，基线长度固定解和基线方向固定解分别表示基于整周模糊度的固定解计算得出的基线长度和基线方向。整周模糊度的固定解为整数，具体表征天线接收到的卫星载波信号和接收机参考信号之间相位差的首观测值对应的整周未知数。关于基于整周模糊度的固定解计算基线长度固定解和基线方向固定解的具体方法，可以参考相关技术中的内容。
[0080]
作为一个示例，可以先基于第一校正观测量和第二校正观测量，通过第一天线和第二天线针对多颗卫星的观测方程对整周模糊度进行初始求解，初始求解获得的整周模糊度通常为浮点数，或也可以称为整周模糊度的浮点解。在获得整周模糊度的浮点解后，可以在此基础上解算整周模糊度的固定解，从而基于整周模糊度的固定解计算基线向量，能够获得基线向量的固定解，也就能够获得基线长度固定解和基线方向固定解。这部分的具体内容可以参考相关技术中的内容，本发明实施例不对此进行详细说明。
[0081]
此外，可以基于第一伪距观测量和第二伪距观测量，确定双差伪距观测量，基于第一校正观测量和第二校正观测量，确定双差载波相位观测量。
[0082]
关于双差伪距观测量和双差载波相位观测量的确定，可以参考相关技术中的内容，下面仅以双差伪距观测量为例进行简要说明。
[0083]
基于前文的描述，可以看出具体能够获取针对多颗卫星的第一伪距观测量和第二
伪距观测量，基于针对其中任意两颗卫星的第一伪距观测量和第二伪距观测量，在星间和站间进行分别差分，即可确定出一个双差伪距观测量。
[0084]
以第一天线针对卫星a和卫星b的第一伪距观测量，以及第二天线针对卫星a和卫星b的第二伪距观测量为例。先对第一天线针对卫星a和卫星b的第一伪距观测量进行星间差分，获得一个单差伪距观测量，并对第二天线针对卫星a和卫星b的第二伪距观测量进行星间差分，获得另一个单差伪距观测量，再对这两个单差伪距观测量进行差分，即可获得一个双差伪距观测量。双差载波相位观测量的确定方式同理。
[0085]
通过确定双差观测量，可以消除原始获取的卫星观测量中包含的时钟误差、大气误差等。
[0086]
针对步骤s202中的每一个基线方向估计值，均能够确定出一组第一校正观测量和第二校正观测量，也就是说，针对每一个基线方向估计值，均能够确定出一组基线长度固定解和基线方向固定解。
[0087]
获得基线长度固定解和基线方向固定解后，针对每一个基线方向估计值，可以基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与该基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度的先验测量值之间的第二差值，计算该基线方向估计值的可靠度评估值。其中，基线长度的先验测量值是预先获取的，通过精准测量第一天线和第二天线之间的直线距离即可得到。
[0088]
上述可靠度评估值可以理解为用于评估基线方向估计值的准确性的指标，具体的，若基线方向估计值与真实的基线方向相差较小，即基线方向估计值具有较高的准确度，则该基线方向估计值对应的双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与该基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度的先验测量值之间的第二差值均应当较小，因此，本发明实施例中，综合考虑上述几项取值，对基线方向估计值进行可靠度评估。
[0089]
作为一个示例，可靠度评估取值可以为双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、第一差值和第二差值的加权平方和。
[0090]
步骤s204：基于可靠度评估值，从候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
[0091]
前文中提及，针对每个基线方向估计值均可计算出一个可靠度评估取值，且可靠度评估取值大小能够表征该基线方向估计值的准确度高低。因此，可以基于各基线方向估计值的可靠度评估值的大小，从基线方向的候选集中选取一个基线方向估计值作为基线方向最优估计值，该基线方向最优估计值的准确度最高。
[0092]
作为一个示例，若可靠度评估取值为双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、第一差值和第二差值的平方和，则可靠度评估取值最小的基线方向估计值即基线方向最优估计值。
[0093]
在前述步骤s203中，针对每个基线方向估计值，均解算出了一个基线方向固定解。在本步骤中，获得基线方向最优估计值后，将该基线方向最优估计值对应的基线方向固定解作为基线方向解算结果，即，认为该基线方向固定解即第一天线和第二天线之间的基线方向。
[0094]
应用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，首
先设定多个基线方向估计值，再遍历各个基线方向估计值，依次对各个基线方向估计值进行评估，根据设定的评估标准，确定最优的基线方向估计值。在评估任一基线方向估计值的过程中，首先利用基线方向估计值，结合两个天线的天线相位方向图对两个天线的载波相位观测量进行校正，然后利用校正后的载波相位观测量进行整周模糊度计算，得到基线长度固定解和基线方向固定解。进一步的，利用双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，对基线方向估计值进行评估，能够准确评估基线方向估计值的可靠度，进而确定基线方向最优估计值，基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解即为双天线定向结果。
[0095]
可见，能够实现利用两个低成本的具有明显相位失真特性的卫星导航天线进行双天线定向，大幅降低了双天线定向的成本，使用低成本的相位失真的卫星导航天线进行定向对于推广gnss高精度技术具有重要作用。并且，通过设定多个基线方向估计值，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，逐个对基线方向估计值进行评估的方式，能够有效剔除含有较大偏差的基线方向估计值，确定基线方向最优估计值，即准确度最高的基线方向估计值，基于基线方向最优估计值进行双天线定向，使得双天线定向的精准性不会由于较大的天线相位中心偏差而明显下降。
[0096]
图4是本发明实施例提供的解算基线长度固定解和基线方向固定解的流程示意图，参见图4，在本发明的一个实施例中，前述基于第一校正观测量和第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解的步骤，具体包括：
[0097]
步骤s401：基于第一校正观测量和第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间。
[0098]
这里的模糊度即整周模糊度，前文中提及，可以获取第一天线和第二天线针对多颗卫星的卫星观测量，因此，这里的模糊度可以理解为模糊度向量。模糊度向量中的每个元素在理论上均应为整数，但在基于第一校正观测量和第二校正观测量初步解算模糊度向量的过程中，通常无法获得整数解，因此，初步解算出的解为模糊度向量浮点解。
[0099]
作为一个示例，可以基于第一校正观测量和第二校正观测量，结合第一天线和第二天线针对多颗卫星的观测方程，解算得到模糊度向量浮点解。
[0100]
上述基于双天线观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解的方式，可以参考相关技术，本发明实施例对此不展开详述。
[0101]
在获得模糊度向量浮点解之后，可以基于模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间。确定模糊度搜索空间的具体方式可以参考相关技术中的内容，本发明实施例不对此进行限定。作为一个示例，可以基于模糊度向量浮点解的数值特征，确定模糊度搜索空间。
[0102]
步骤s402：以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解。
[0103]
从模糊度搜索空间中搜索模糊度向量固定解的过程，可以理解为从模糊度搜索空间中确定出多个整数取值，作为整周模糊度向量的候选解，对每一个整周模糊度向量的候选解进行分析计算，从中确定出一个满足条件的模糊度向量，作为模糊度向量固定解。
[0104]
作为一个示例，可以列举出模糊度搜索空间中的所有整数值，作为整周模糊度向量的候选解。
[0105]
针对每一个整周模糊度向量的候选解，均以基线长度的先验值和基线方向估计值为约束，对该候选解进行评估，然后从中搜索出一个最优的整周模糊度向量的候选解，作为模糊度向量固定解。
[0106]
结合前文的描述，应当理解，针对每一个基线方向估计值，均可以求解出一个模糊度向量浮点解，并可以通过模糊度向量浮点解计算出基线向量浮点解。
[0107]
基于模糊度向量浮点解，可以确定出每一个基线方向估计值对应的模糊度搜索空间，针对该模糊度搜索空间内的每一个整周模糊度向量的候选解，均可以基于该整周模糊度向量的候选解计算出基线向量固定解，获得基线长度固定解和基线方向固定解。
[0108]
以基线长度的先验值和基线方向估计值为约束，可以理解为在搜索模糊度向量固定解的过程中，在采取相关技术中的方案进行搜索的基础上，额外将基线长度的先验值和基线方向估计值作为约束条件。
[0109]
应当理解，针对基线方向估计值解算出的基线长度和基线方向，与基线长度的先验值和基线方向估计值之间的差异应当较小。作为一个示例，在搜索模糊度向量固定解的过程中，可以对基线长度的先验值与基线长度浮点解之间的差异、以及基线方向估计值与基线方向浮点解之间的差异进行评估，通过修正后的约束条件计算出用于评估整周模糊度的候选解的准确性的评估值，根据这些评估值的大小，从这些候选解中确定出整周模糊度向量固定解。
[0110]
关于约束条件的具体形式可以基于实际需求进行选择，本发明实施例不对此进行限定。
[0111]
步骤s403：基于模糊度向量固定解计算基线长度固定解和基线方向固定解。
[0112]
在步骤s402中，已经确定出了模糊度向量固定解，在此基础上可以计算得到基线长度固定解和基线方向固定解。
[0113]
可见，本发明实施例中，基于校正后的载波相位观测量进行整周模糊度解算的过程中，充分利用基线方向估计值和先验的基线长度作为约束条件，提高相对定位模型的强度和整周模糊度固定率，提高基于相位失真天线的双天线定向方法的成功率。
[0114]
在本发明的一个实施例中，前述以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤，具体包括：
[0115]
基于如下优化函数，计算模糊度向量固定解：
[0116][0117]
其中，y表示双差载波观测量、双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示基线长度的先验测量值，h
′
表示基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，be和bn分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示基线长度先验测量值的方差，表示基线方向估计值的方差，a∈zn表征a属于n维整
数空间，b∈r3表征属于三维实数空间。
[0118]
参考前文中对于步骤s401-s403的说明，基于第一校正观测量和第二校正观测量，可以解算出模糊度向量的浮点解，且应当理解基线向量具体为模糊度向量的函数，因此，基于模糊度向量的浮点解，可以计算出基线向量的浮点解。
[0119]
获得模糊度向量的浮点解之后，可以确定出模糊度向量搜索空间，从模糊度搜索空间中确定多个整周模糊度向量的候选解，基于其中的每一个候选解，可以计算出基线方向的固定解。
[0120]
作为一个示例，基线向量不受到需为整数值这一条件的约束，在基于上式搜索模糊度向量固定值的过程中，为了计算简便，可以将b取值为基线向量的浮点解。
[0121]
基于每一个整周模糊度向量的候选解a，均能够计算出一个基于每一个整周模糊度向量的候选解a，均能够计算出一个基于上式可以看出，使得该值为最小值的整周模糊度向量的候选解即整周模糊度向量固定解。
[0122]
在确定出整周模糊度向量固定解的基础上，可以根据整周模糊度向量固定解解算基线向量固定解，获得基线长度固定解和基线方向固定解，这部分的具体计算方式可以参考相关技术中的内容。
[0123]
可见，本发明实施例中，基于校正后的载波相位观测量进行整周模糊度解算的过程中，以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，构建优化目标函数，将整周模糊度解算的过程转变为在模糊度向量搜索空间中搜索模糊度向量，以最小化优化目标函数的过程，降低了整周模糊度解算的计算复杂度，并且充分利用基线方向估计值和先验的基线长度作为约束条件，提高相对定位模型的强度和整周模糊度固定率，提高基于相位失真天线的双天线定向方法的成功率。
[0124]
在本发明的一个实施例中，在执行前述s401之后，本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，还包括：
[0125]
判断模糊度搜索空间的大小是否在预设范围，若是，执行以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。
[0126]
应当理解，基于每个基线方向估计值，均能够获得一组第一校正观测量和第二校正观测量，并基于第一校正观测量和第二校正观测量解算模糊度向量的浮点解，基于模糊度向量的浮点解确定该基线方向估计值对应的模糊度搜索空间。
[0127]
在本发明实施例中，通过设定预设范围，筛选出较小的模糊度搜索空间，针对这部分较小的模糊度搜索空间，执行以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。其中，预设范围可以根据实际需求进行确定。
[0128]
可以看出，前述步骤相当于从基线方向的候选集中筛选出一部分基线方向估计值，被筛选出的基线方向估计值对应于较小的模糊度搜索空间。针对这部分筛选出的基线方向估计值，基于前述步骤s203-s204，可以从中搜索出基线方向最优估计值，并确定基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
[0129]
本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，在基线方向估计值对应的第一校正观测量和第二校正观测量解算模糊度向量浮点解，并确定出模糊度搜索空间之后，判断模糊度搜索空间的大小是否在预设范围，针对在预设范围内的模糊度搜索空间，执行以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。相当于从基线方向的候选集中筛选出对应于较小的模糊度搜索空间的基线方向估计值，能够剔除具有较大偏差的基线方向估计值，从而在基于筛选出的基线方向估计值搜索基线方向最优估计值，并确定基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解时，能够提高计算效率，且获得的基线方向固定值的精度更高。
[0130]
在本发明的一个实施例中，前述基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与该基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度的先验测量值之间的第二差值，计算可靠度评估值的步骤，具体包括：
[0131]
基于下式计算可靠性评估值：
[0132][0133]
其中，r
dd
(h
′
)表示可靠度评估值，h
′
表示基线方向估计值；表示载波相位观测量的残差的平方和，表示伪距观测量的残差的平方和，l表示基线长度的先验测量值，表示基于h
′
解算得到的基线长度固定解，表示基于h
′
解算得到的基线方向固定解，表示双差载波相位观测量的方差，表示双差伪距观测量的方差，表示基线长度的先验测量值的方差，表示基线方向估计值的方差。
[0134]
具体的，结合本发明的前述实施例，基于一个基线方向估计值h
′
，能够解算出对应的整周模糊度固定解，可以理解为基于这一整周模糊度固定解解算出的基线长度固定解，可以理解为基于这一整周模糊度固定解解算出的基线方向固定解。示例性的，整周模糊度固定解可以是基于下式计算得到的：
[0135][0136]
在本发明实施例中，可靠度评估值的取值越小，则可以认为对应的基线方向估计值的准确性越高，因此，取值最小的可靠度评估值对应的基线方向估计值，即基线方向最优估计值，基线方向最优估计值可以理解为下式：
[0137][0138]
可以看出，基线方向最优估计值h
′′
即使得r
dd
(h
′
)取值最小的h
′
。
[0139]
作为一个示例，在基于步骤s202确定基线方向估计值时，还可以先设定一个空间域搜索范围ωh，在ωh内确定基线方向估计值，降低搜索最优的基线方向估计值过程中的计算量，在这种情况下，基线方向最优估计值可以理解为下式：
[0140][0141]
为了便于理解，下面结合图5进行进一步说明，图5是本发明实施例提供的适用于
相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法的示意图。
[0142]
如图5所示，本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，先收集两台天线在一个历元中的卫星观测量，即gnss观测量。并设置基线方向搜索范围ωh，列举出该基线方向搜索范围内的基线方向候选值，即前文中的基线方向估计值。
[0143]
针对每个基线方向候选值，均确定初始的模糊度搜索空间的大小，从中筛选出一部分基线方向候选值，且要求这些基线方向候选值对应于较小的模糊度搜索空间关于模糊度搜索空间的确定方式，可以参考本发明前述实施例中的说明。
[0144]
完成基线方向候选值的筛选后，依次评估筛选出的基线方向估计值h
1-hn，从中搜索出最优的基线方向估计值h
″
。
[0145]
对筛选出的基线方向估计值进行评估时，针对其中每个被测的基线方向估计值h
′
，均需要先校正天线相位中心偏差。具体即，针对每一个基线方向估计值，利于第一天线和第二天相的天线相位方向图，校正第一载波相位观测量和第二载波相位观测量，获得第一校正观测量和第二校正观测量。
[0146]
获得第一校正观测量和第二校正观测量之后，基于第一校正观测量和第二校正观测量解算模糊度浮点解，且这一过程中不加任何约束条件。
[0147]
获得模糊度浮点解并基于模糊度浮点解获得基线向量浮点解之后，对模糊度解算固定解，并在这一过程中使用基线方向、长度作为约束条件，具体即以基线方向估计值和基线长度的先验测量值作为约束条件。
[0148]
获得浮点解和之后，要解算模糊度固定解，具体需要基于浮点解和先确定初始的模糊度搜索空间的大小前文中提及，对基线方向候选值进行筛选时，需要基于模糊度搜索空间的大小进行筛选，因此，在确定出模糊度搜索空间后，判断当前是否正在评估若是，则返回并进行基线方向候选值的筛选，若否，则枚举出模糊度搜索空间中的模糊度候选向量，即前文中的模糊度向量的候选解。
[0149]
确定出模糊度候选向量之后，搜索使目标函数f(a)达到最小的模糊度向量，作为模糊度向量固定值并基于模糊度向量固定值计算基线向量固定值然后返回和然后对筛选出的基线方向估计值进行评估。
[0150]
其中，目标函数f(a)具体可以表示为下式：
[0151][0152]
并且，在解算模糊度固定解时，针对每个基线方向估计值h
′
，判断是否得到固定解，若否，舍弃h
′
，若是，则计算r
dd
(h
′
)，基于r
dd
(h
′
)的取值大小从这些能够得到固定解的基线方向估计值中搜索出最优的基线方向估计值h
″
。
[0153]
其中，r
dd
(h
′
)可以满足下式：
[0154][0155]
搜索出最优的基线方向估计值h
″
后，基于该最优的基线方向估计值解算的基线方向固定解即被认为是第一天线和第二天线之间的基线方向，从而实现了双天线定向。
[0156]
获得当前历元的基线方向固定解之后，针对下一历元，可以基于同样的方式解算出基线方向固定解。
[0157]
根据本发明实施例，还提供了一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置，如图6所示，该装置包括：
[0158]
获取模块601，用于获取卫星观测量，卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；
[0159]
第一确定模块602，用于确定基线方向的候选集，候选集包含多个基线方向估计值，基线方向表征第一天线与第二天线之间的水平方向；
[0160]
计算模块603，用于针对每一所述基线方向估计值，基于第一天线的第一天线相位方向图、第二天线的第二天线相位方向图，分别校正第一载波相位观测量中的相位中心偏差和第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于第一校正观测量和第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值和基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算基线方向估计值的可靠度评估值；双差伪距观测量是基于第一伪距观测量和第二伪距观测量确定的，双差载波相位观测量是基于第一载波相位观测量和第二载波相位观测量确定的；
[0161]
第二确定模块604，用于基于可靠度评估值，从候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
[0162]
应用本发明实施例提供的适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置，首先设定多个基线方向估计值，再遍历各个基线方向估计值，依次对各个基线方向估计值进行评估，根据设定的评估标准，确定最优的基线方向估计值。在评估任一基线方向估计值的过程中，首先利用基线方向估计值，结合两个天线的天线相位方向图对两个天线的载波相位观测量进行校正，然后利用校正后的载波相位观测量进行整周模糊度计算，得到基线长度固定解和基线方向固定解。进一步的，利用双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，对基线方向估计值进行评估，能够准确评估基线方向估计值的可靠度，进而确定基线方向最优估计值，基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解即为双天线定向结果。
[0163]
可见，能够实现利用两个低成本的具有明显相位失真特性的卫星导航天线进行双天线定向，大幅降低了双天线定向的成本，使用低成本的相位失真的卫星导航天线进行定向对于推广gnss高精度技术具有重要作用。并且，通过设定多个基线方向估计值，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值、基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，逐个对基线方向估计值进行评估的方式，能够有效剔除含有较大偏差的基线方向估计值，确定基线方向最优估计值，即准确度最高的基线方向估计值，基于基线方向最优估计值进行双天线定向，使得双天线定向的精准性不会由于较大的天线相位中心偏差而明显下降。
[0164]
在本发明的一个实施例中，计算模块603，包括：
[0165]
第一解算单元，用于基于第一校正观测量和第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间；
[0166]
第二解算单元，用于以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解；
[0167]
确定单元，用于基于模糊度向量固定解计算基线长度固定解和基线方向固定解。
[0168]
在本发明的一个实施例中，第二解算单元，具体用于：
[0169]
基于如下优化目标函数，计算模糊度向量固定解；
[0170][0171]
其中，y表示双差载波观测量、双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示基线长度的先验测量值，h
′
表示基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，be和bn分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示基线长度先验测量值的方差，表示基线方向估计值的方差，a∈zn表征a属于n维整数空间，b∈r3表征属于三维实数空间。
[0172]
在本发明的一个实施例中，计算模块603，还包括：
[0173]
判断单元，用于判断模糊度搜索空间的大小是否在预设范围，若是，指示第二解算单元执行以基线长度的先验测量值、基线方向估计值为约束，以模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。
[0174]
在本发明的一个实施例中，计算模块603，包括：
[0175]
计算单元，用于基于下式计算可靠度评估值：
[0176][0177]
其中，r
dd
(h
′
)表示可靠度评估值，h
′
表示基线方向估计值；表示载波相位观测量的残差的平方和，表示伪距观测量的残差的平方和，l表示基线长度的先验测量值，表示基于h
′
解算得到的基线长度固定解，表示基于h
′
解算得到的基线方向固定解，表示双差载波相位观测量的方差，表示双差伪距观测量的方差，表示基线长度的先验测量值的方差，表示基线方向估计值的方差。
[0178]
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信，
[0179]
存储器703，用于存放计算机程序；
[0180]
处理器701，用于执行存储器703上所存放的程序时，实现如下步骤：
[0181]
获取卫星观测量，卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；
[0182]
确定基线方向的候选集，候选集包含多个基线方向估计值，基线方向表征第一天线与第二天线之间的水平方向；
[0183]
针对每一基线方向估计值，基于第一天线的第一天线相位方向图、第二天线的第二天线相位方向图，分别校正第一载波相位观测量中的相位中心偏差和第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于第一校正观测量和第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、基线方向固定解与基线方向估计值之间的第一差值和基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算基线方向估计值的可靠度评估值；双差伪距观测量是基于第一伪距观测量和第二伪距观测量确定的，双差载波相位观测量是基于第一载波相位观测量和第二载波相位观测量确定的；
[0184]
基于可靠度评估值，从候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。
[0185]
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0186]
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
[0187]
存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
[0188]
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0189]
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法的步骤。
[0190]
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法。
[0191]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者
是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
[0192]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0193]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置、电子设备及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0194]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法，其特征在于，所述方法包括：获取卫星观测量，所述卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对所述多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；确定基线方向的候选集，所述候选集包含多个基线方向估计值，所述基线方向表征所述第一天线与所述第二天线之间的水平方向；针对每一所述基线方向估计值，基于所述第一天线的第一天线相位方向图、所述第二天线的第二天线相位方向图，分别校正所述第一载波相位观测量中的相位中心偏差和所述第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与所述基线方向估计值之间的第一差值和所述基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算所述基线方向估计值的可靠度评估值；所述双差伪距观测量是基于所述第一伪距观测量和所述第二伪距观测量确定的，所述双差载波相位观测量是基于所述第一载波相位观测量和所述第二载波相位观测量确定的；基于所述可靠度评估值，从所述候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于所述基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解的步骤，包括：基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间；以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解；基于所述模糊度向量固定解计算所述基线长度固定解和所述基线方向固定解。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤，包括：基于如下优化目标函数，计算所述模糊度向量固定解；其中，y表示所述双差载波观测量、所述双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示所述基线长度的先验测量值，h
′
表示所述基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示所述模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，b
e
和b
n
分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示所述基线长度先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值
的方差，a∈z
n
表征a属于n维整数空间，b∈r3表征b属于三维实数空间。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在执行基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间的步骤之后，所述方法还包括：判断所述模糊度搜索空间的大小是否在预设范围，若是，执行所述以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解的步骤。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与该基线方向估计值之间的第一差值、所述基线长度固定解与基线长度的先验测量值之间的第二差值，计算可靠度评估值的步骤，包括：基于下式计算所述可靠度评估值：其中，r
dd
(h
′
)表示所述可靠度评估值，h
′
表示所述基线方向估计值；表示所述载波相位观测量的残差的平方和，表示所述伪距观测量的残差的平方和，l表示所述基线长度的先验测量值，表示基于h
′
解算得到的基线长度固定解，表示基于h
′
解算得到的基线方向固定解，表示所述双差载波相位观测量的方差，表示所述双差伪距观测量的方差，表示所述基线长度的先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值的方差。6.一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取卫星观测量，所述卫星观测量包括第一天线针对多颗卫星的第一载波相位观测量和第一伪距观测量、第二天线针对所述多颗卫星的第二载波相位观测量和第二伪距观测量；第一确定模块，用于确定基线方向的候选集，所述候选集包含多个基线方向估计值，所述基线方向表征所述第一天线与所述第二天线之间的水平方向；计算模块，用于针对每一所述基线方向估计值，基于所述第一天线的第一天线相位方向图、所述第二天线的第二天线相位方向图，分别校正所述第一载波相位观测量中的相位中心偏差和所述第二载波相位观测量中的相位中心偏差，得到第一校正观测量和第二校正观测量；基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到所述第一天线和所述第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并基于双差伪距观测量的残差、双差载波相位观测量的残差、所述基线方向固定解与所述基线方向估计值之间的第一差值和所述基线长度固定解与基线长度先验测量值之间的第二差值，计算所述基线方向估计值的可靠度评估值；所述双差伪距观测量是基于所述第一伪距观测量和所述第二伪距观测量确定的，所述双差载波相位观测量是基于所述第一载波相位观测量和所述第二载波相位观测量确定的；第二确定模块，用于基于所述可靠度评估值，从所述候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于所述基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块，包括：第一解算单元，用于基于所述第一校正观测量和所述第二校正观测量进行模糊度解
算，得到模糊度向量浮点解，并基于所述模糊度向量浮点解确定模糊度搜索空间；第二解算单元，用于以所述基线长度的先验测量值、所述基线方向估计值为约束，以所述模糊度搜索空间中的整周模糊度向量为候选解，进行整周模糊度解算，得到模糊度向量固定解；确定单元，用于基于所述模糊度向量固定解计算所述基线长度固定解和所述基线方向固定解。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二解算单元，具体用于：基于如下优化目标函数，计算所述模糊度向量固定解；其中，y表示所述双差载波观测量、所述双差伪距观测量分别与星地几何距离的差值，l表示所述基线长度的先验测量值，h
′
表示所述基线方向估计值，q
yy
表示y的方差-协方差矩阵，‖‖2表示向量的模方，a表示所述模糊度向量固定解，b表示基线向量，a和b是系数矩阵，分别包含载波相位波长和卫星观测方向的单位矢量，b
e
和b
n
分别表示基线向量在正东方向和正北方向的分量，表示所述基线长度先验测量值的方差，表示所述基线方向估计值的方差，a∈z
n
表征a属于n维整数空间，b∈r3表征b属于三维实数空间。9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。

技术总结
本发明实施例提供了一种适用于相位失真的卫星导航天线的双天线定向方法及装置，获取卫星观测量，针对每一基线方向估计值，校正第一载波相位观测量中的相位中心偏差和第二载波相位观测量中的相位中心偏差；基于第一校正观测量和第二校正观测量，进行整周模糊度解算，得到第一天线和第二天线之间的基线长度固定解和基线方向固定解，并计算基线方向估计值的可靠度评估值；基于可靠度评估值，从候选集中确定基线方向最优估计值，并确定基于基线方向最优估计值解算得到的基线方向固定解。能够实现利用两个低成本的具有明显相位失真特性的卫星导航天线进行双天线定向，大幅降低了双天线定向的成本，且保证双天线定向的精准性。且保证双天线定向的精准性。且保证双天线定向的精准性。


技术研发人员：靳文鑫 李琳
受保护的技术使用者：北京李龚导航科技有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/10/8