一種動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種天線跟蹤方法，特別是設(shè)及一種動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的用來獲取傾角（Roll和Pitch)和航向（Yaw)信息的幾種低成本傳感器中。 對于傾角測量，包括W下幾類：第一個(gè)是傾角儀，傾角儀的輸出與傾角成正比（根據(jù)重力 場），但該種傳感器響應(yīng)較慢且易受震動(dòng)的影響，因此不能在傾斜角估計(jì)中單獨(dú)使用。第二 個(gè)是速率巧螺傳感器，巧螺測量旋轉(zhuǎn)角速率。為了獲得角度信息，需要對傳感器信號(hào)進(jìn)行積 分。因此，即使小的速率誤差也能導(dǎo)致估計(jì)角的漂移。第=個(gè)是加速度計(jì)，加速度計(jì)的問題 在于受到機(jī)動(dòng)加速度的影響，只有在無機(jī)動(dòng)加速度的情況下才能進(jìn)行傾角估計(jì)。
[0003] 對于航向測量，我們也可W通過積分巧螺信號(hào)，但同樣會(huì)存在漂移問題。另一個(gè)傳 感器是磁強(qiáng)計(jì)，它通過測量地磁場來獲取航向。雖然傳感器本身非常精確和小巧，但由于受 到磁場干擾的影響，仍然會(huì)存在較大誤差。
[0004] 針對MEMS慣性姿態(tài)系統(tǒng)在功能上和精度上的諸多不足，通常采用融合方法來將 多個(gè)傳感器取長補(bǔ)短。先用加速度計(jì)輸出的加速度信息和磁強(qiáng)計(jì)輸出磁場強(qiáng)度信息計(jì)算的 姿態(tài)角，用該姿態(tài)角作為量測值來補(bǔ)償巧螺的漂移，該種算法即可W保證定姿的精度，又可 W由巧螺保證系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)定性。在該種工作方式下，采用巧螺、加速度計(jì)和 磁強(qiáng)計(jì)組合通過卡爾曼濾波確定載體的姿態(tài)，依靠重力向量和地磁向量為參考信息修正了 巧螺積分后的角度漂移，提高航姿系統(tǒng)的精度。但利用磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)決定航向角存在磁場干 擾。當(dāng)傳感器處于無磁場干擾的空曠區(qū)域時(shí)，地磁場沒有受到干擾，此時(shí)的航向角是正確 的。實(shí)際上，磁強(qiáng)計(jì)是安裝在車體上，其中車體平臺(tái)、車上元件如發(fā)動(dòng)機(jī)、電纜等會(huì)產(chǎn)生電磁 場干擾。另外，外部物體如經(jīng)過的車，建筑物、高壓電線、大的金屬物等也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。 該些干擾會(huì)擾亂、彎曲地磁場，最終導(dǎo)致航向角誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有動(dòng)中通天線容易受到干擾，測量不準(zhǔn)確的技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明提供一種動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方法，括W下步驟：
[0007] (1)利用MEMSS軸巧螺敏感載體運(yùn)動(dòng)的角速度信號(hào)《b，利用MEMS加速度計(jì)敏感 載體坐標(biāo)系中的加速度fb，利用跟蹤信息得到的航向角誤差角，并將信號(hào)送至控制器；
[000引 （2)由所述控制器建立狀態(tài)方程：
[0009] 乂 = /(義）+w(〇
[0010] 該狀態(tài)方程中，X為狀態(tài)變量，系統(tǒng)噪聲W為隨機(jī)獨(dú)立的零均值高斯白噪聲序列， 即W~N(0,曲；
[0011] 狀態(tài)變量X為；
[0012]
[001 引其中，q= [q0 屯Q3]嗦示姿態(tài)四元素，《bias=[Wr_biasWp_biasWy_bias]嗦示 為巧螺零偏估計(jì)誤差；
[0014] (3)定義系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方法，其特征是包括以下步驟： (1) 利用MEMS三軸陀螺敏感載體運(yùn)動(dòng)的角速度信號(hào)Ub，利用MEMS加速度計(jì)敏感載體 坐標(biāo)系中的加速度f b，利用跟蹤信息得到的航向角誤差角，并將信號(hào)送至控制器； (2) 由所述控制器建立狀態(tài)方程： X = f(X) + w(t) 該狀態(tài)方程中，X為狀態(tài)變量，系統(tǒng)噪聲W為隨機(jī)獨(dú)立的零均值高斯白噪聲序列，即W~ N(0, Q); 狀態(tài)變量X為：
其中，q= [q。qi q2 q3]T表示姿態(tài)四元素，ω bias= [ω r_bias Up bias Wy_bi Jt表示為陀 螺零偏估計(jì)誤差； (3) 定義系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為：
由控制器建立觀測方程： Z = h(X)+v，該觀測方程中，Ζ=[Φ θ φ]τ為量測變量，量測噪聲V為隨機(jī)獨(dú)立的零 均值高斯白噪聲序列，即V~N(0, R); 進(jìn)步一計(jì)算得出系統(tǒng)量測轉(zhuǎn)移矩陣為：
將觀測量相應(yīng)分為兩部分：一部分是利用MEMS三軸加速度計(jì)敏感的重力分量求解姿 態(tài)角，另一部分用跟蹤信息的得到的航向角誤差與陀螺進(jìn)行PI校正后估算出航向角信息， 分別對應(yīng)兩個(gè)不同計(jì)算周期的量測轉(zhuǎn)移矩陣氏和H 2; 量測轉(zhuǎn)移矩陣H1的過程如下： MEMS三軸加速度計(jì)測得的是載體所受的比力f，設(shè)慣性測量組件中消噪后的加表測量 值為fx，fy，fz，當(dāng)載體處于靜止和準(zhǔn)靜態(tài)時(shí)，由于載體速度較低，可以忽略哥氏加速度及其 他干擾加速度的影響，在導(dǎo)航坐標(biāo)系為"北東地"，載體坐標(biāo)系為"前右下"情況下，可由加表 的測量值按照下式得到載體的姿態(tài)角； Φ = -atari (fy/fz),
量測轉(zhuǎn)移矩陣H2的過程如下： 采用跟蹤信息來定期校正系統(tǒng)的航向，跟蹤信息經(jīng)過處理后可以得到天線波束的指向 偏差角，通過變換后可得到航向角誤差；航向角誤差經(jīng)過一個(gè)PI控制器后去校正陀螺值 ?bz，將校正后的陀螺值積分后可得到航向角Φ ;其中，控制器的增益，KjPKi與截止頻率 ω和阻尼?相關(guān)： 尺P 二 2押，Ki= ω 2 將航向角Φ也作為卡爾曼的量測變量，可得到量測轉(zhuǎn)移矩陣：
(4) 載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判別； 將加速度值轉(zhuǎn)變到導(dǎo)航坐標(biāo)系，根據(jù)下面規(guī)則判斷： If(|anx| > 5x)|(|any| > 5y)|(|anz_g| > δζ)，認(rèn)定存在外部加速度，式中，am、any和 anz為導(dǎo)航坐標(biāo)系下的加速度值； 當(dāng)載體存在外部加速度時(shí)，通過調(diào)整量測協(xié)方差矩陣R來改變?yōu)V波器增益，此時(shí)，測協(xié) 方差矩陣為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方法，其特征是，濾波器的設(shè) 計(jì)是： (1)計(jì)算卡爾曼增益值：
(5) 估測誤差矩陣：
其中，當(dāng)跟蹤信息無效時(shí)，量測矩陣為H1，測量值對應(yīng)于Z1，測量估計(jì)值為?，當(dāng) 跟蹤信息有效時(shí)，量測矩陣為H2，測量值對應(yīng)于Z2，測量估計(jì)值為\(；^)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動(dòng)中通天線低成本跟蹤抗干擾方法，其解決了現(xiàn)有動(dòng)中通天線容易受到干擾，測量不準(zhǔn)確的技術(shù)問題。其采用了卡爾曼濾波器來融合各類信息，采用加速度計(jì)信息來估計(jì)載體姿態(tài)，利用跟蹤與陀螺信息P工校正得到航向信息，并根據(jù)載體的運(yùn)動(dòng)情況調(diào)整濾波器的量測噪聲方差陣。本發(fā)明適用于車載、機(jī)載、船載等移動(dòng)載體中的天線跟。
【IPC分類】G01C21-10, H01Q3-02
【公開號(hào)】CN104880189
【申請?zhí)枴緾N201510237874
【發(fā)明人】彭萬峰, 李英杰
【申請人】西安克拉克通信科技有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月12日