中国铁路通信信号股份有限公司 / 郭永泉

一、坐标系及天线姿态测量机制

（一）坐标系

天线的倾角是由天线自身坐标系与地球地理坐标系的夹角来表示的。

地球地理坐标系：坐标系的原点为地球表面，Z轴方向是地球重力的方向，X轴为地理经线的切线方向，Y轴为地理纬线的切线方向。

天线自身坐标系：坐标系的原点为天线的质心，Z轴方向是天线垂直于天线表面方向，Y轴方向是沿天线两侧方向，X轴方向是沿天线上下方向。

由于天线的自身坐标系和地理坐标系都以天线的质点为原点，那么通过两个坐标系的旋转转换，可以表示天线的方向角和俯仰角。当天线绕自身坐标系的Z轴转动时，自身坐标系的X轴方向与地理坐标系的X轴方向形成的夹角为方向角。当天线绕自身X轴转动时，自身坐标系得Z轴方向与地理坐标系的Z轴方向形成的夹角为俯仰角。

（二）角度测量与姿态融合

天线角度测量可以通过陀螺仪传感器进行检测。陀螺仪测量天线坐标系绕各个轴向的角速度，通过角速度与时间的积分，得到各个轴转动的角度。在运动状态下，陀螺仪的采样频率越高，积分计算的准确度也越高。而在静止状态，陀螺仪的积分计算会产生积累误差，形成角度漂移，这时需要加入加速度传感器，通过积分再得到角度，减少漂移影响。同时引入滤波算法，静止状态时，增加加速度传感器计算数据的权重，而在运动状态，增加陀螺仪传感器计算数据的权重，最终达到高精度测量的目的。……