【技術實現步驟摘要】
本申請涉及衛星導航信號處理，特別是涉及一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計方法、裝置及設備。
技術介紹
1、全球導航衛星系統被廣泛用于載體的定位、測姿等領域。相較于慣性器件、地磁傳感器的姿態測量方法，全球導航衛星系統有著全天候、高精度、不易受干擾等優勢。導航衛星信號特征在載體的滾轉姿態測量中有著重要的應用。
2、然而，當采用單個非全向天線接收導航衛星信號時，自旋過程中載體對天線的遮擋及環路失鎖的問題，可能導致信號能量觀測噪聲變化。在此前提下，基于導航衛星信號能量的姿態測量方法亟需進一步完善。
技術實現思路
1、基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠提高估計精準度的基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計方法、裝置及設備。
2、一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計方法，所述方法包括：
3、獲取多顆衛星發送的實時導航衛星信號，并基于所述實時導航衛星信號提取信號能量觀測值；
4、根據所述信號能量觀測值的采樣率以及載體的自旋頻率對所述信號能量觀測值進行分幀處理，得到多幀信號能量觀測值，并對各幀信號能量觀測值進行歸一化處理；
5、計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重；
6、將待估計的載體實時滾轉角和滾轉頻率作為狀態變量，單天線接收衛星信號增益關于滾轉角的函數作為測量方程，構建擴展卡爾曼濾波模型；
7、針對每一幀信號能量觀測值，采用對應權
8、在其中一實施例中，所述信號能量觀測值采用載波環路的i/q支路進行提取。
9、在其中一實施例中，在對所述信號能量觀測值進行分幀處理時：
10、根據所述信號能量觀測值的采樣率以及載體的自旋頻率進行計算，得到信號單幀的采樣點數量；
11、按照所述信號采樣點數量將所述信號能量觀測值劃分為多幀信號能量觀測值。
12、在其中一實施例中，計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，采用以下公式：
13、
14、在上式中，i表示幀號，n表示衛星號，表示第i幀信號能量均值，l表示一幀信號能量觀測值的幀長，ynorm(t)表示歸一化后的信號能量觀測值。
15、在其中一實施例中，在根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重時：
16、根據兩個預設系數以及平均幅值將對應的信號能量觀測值劃分至正常測值區間、可疑測值區間或淘汰測區間；
17、將劃分至正常測值區間和淘汰測區間的信號能量觀測值的權重賦值為1和0，根據兩個預設系數、預設降權系數以及平均幅值計算劃分至可疑測值區間的信號能量觀測值權重。
18、在其中一實施例中，計算可疑測值區間的信號能量觀測值權重時，采用以下公式：
19、
20、在上式中，表示衛星n在第i幀內所有歷元的信號能量觀測值權重，k0、k1表示預設系數，k2表示降權系數。
21、在其中一實施例中，采用三段式權函數根據平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重，所述三段式權函數表示為：
22、
23、在上式中，表示衛星n在第i幀內所有歷元的信號能量觀測值權重，系數k0、k1決定了測量值中正常測值、可疑測值和淘汰測值的區間劃分，k2表示可疑測值區間的降權系數。
24、在其中一實施例中，采用對應權重對所述擴展卡爾曼濾波模型中的測量誤差協方差矩陣進行動態加權調整時，表示為：
25、
26、在上式中，表示動態加權調整后的測量誤差協方差矩陣，rk表示調整前的測量誤差協方差矩陣，w表示由多顆衛星在對應幀中權重構成的權重矩陣。
27、本申請還提供了一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計裝置，所述裝置包括：
28、信號能量觀測值提取模塊，用于獲取多顆衛星發送的實時導航衛星信號，并基于所述實時導航衛星信號提取信號能量觀測值；
29、數據預處理模塊，用于根據所述信號能量觀測值的采樣率以及載體的自旋頻率對所述信號能量觀測值進行分幀處理，得到多幀信號能量觀測值，并對各幀信號能量觀測值進行歸一化處理；
30、每一幀權重賦值模塊，用于計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重；
31、擴展卡爾曼濾波模型構建模塊，用于將待估計的載體實時滾轉角和滾轉頻率作為狀態變量，單天線接收衛星信號增益關于滾轉角的函數作為測量方程，構建擴展卡爾曼濾波模型；
32、滾轉姿態實時估計模塊，用于針對每一幀信號能量觀測值，采用對應權重對所述擴展卡爾曼濾波模型中的測量誤差協方差矩陣進行動態加權調整，利用調整后的擴展卡爾曼濾波模型對歸一化處理后的對應幀信號能量觀測值進行濾波迭代，得到載體的滾轉姿態實時估計結果。
33、一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現以下步驟：
34、獲取多顆衛星發送的實時導航衛星信號，并基于所述實時導航衛星信號提取信號能量觀測值；
35、根據所述信號能量觀測值的采樣率以及載體的自旋頻率對所述信號能量觀測值進行分幀處理，得到多幀信號能量觀測值，并對各幀信號能量觀測值進行歸一化處理；
36、計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重；
37、將待估計的載體實時滾轉角和滾轉頻率作為狀態變量，單天線接收衛星信號增益關于滾轉角的函數作為測量方程，構建擴展卡爾曼濾波模型；
38、針對每一幀信號能量觀測值，采用對應權重對所述擴展卡爾曼濾波模型中的測量誤差協方差矩陣進行動態加權調整，利用調整后的擴展卡爾曼濾波模型對歸一化處理后的對應幀信號能量觀測值進行濾波迭代，得到載體的滾轉姿態實時估計結果。
39、一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現以下步驟：
40、獲取多顆衛星發送的實時導航衛星信號，并基于所述實時導航衛星信號提取信號能量觀測值；
41、根據所述信號能量觀測值的采樣率以及載體的自旋頻率對所述信號能量觀測值進行分幀處理，得到多幀信號能量觀測值，并對各幀信號能量觀測值進行歸一化處理；
42、計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重；
43、將待估計的載體實時滾轉角和滾轉頻率作為狀態變量，單天線接收衛星信號增益關于滾轉角的函數作為測量方程，構建擴展卡爾曼濾波模型；
44、針對每一幀信號能量觀測值，采用對應權重對所述擴展本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，所述信號能量觀測值采用載波環路的I/Q支路進行提取。
3.根據權利要求2所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，在對所述信號能量觀測值進行分幀處理時：
4.根據權利要求3所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，采用以下公式：
5.根據權利要求4所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，在根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重時：
6.根據權利要求5所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，計算可疑測值區間的信號能量觀測值權重時，采用以下公式：
7.根據權利要求5所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，采用三段式權函數根據平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重，所述三段式權函數表示為：
8.根據權利要求1-7任一項所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，采用對應權重對所述擴展卡爾曼濾波模型中的測量誤差協方差矩陣進
9.一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計裝置，其特征在于，所述裝置包括：
10.一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現權利要求1至8中任一項所述方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種基于導航衛星信號能量的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，所述信號能量觀測值采用載波環路的i/q支路進行提取。
3.根據權利要求2所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，在對所述信號能量觀測值進行分幀處理時：
4.根據權利要求3所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，計算歸一化處理后的各幀信號能量觀測值的平均幅值，采用以下公式：
5.根據權利要求4所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于，在根據所述平均幅值計算每一幀信號能量觀測值的權重時：
6.根據權利要求5所述的載體滾轉姿態估計方法，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮璐，吳鵬，婁子杰，易庭，仝海波，張竹嫻，鄭昱，朱培棟，
申請(專利權)人：長沙學院，
類型：發明
國別省市：
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