[发明专利]一种基于选星模板的多卫星导航系统选星方法

说明书

本发明公开了一种基于选星模板的多卫星导航系统选星方法，该方法的基本步骤如下：导入卫星的广播星历文件及观测数据计算出观测卫星的位置及视线方向的方位角和高度角；剔除低于截止高度角的卫星后得到可见卫星数；如果可见卫星数大于选星数，则以高低高度角卫星分布成比例及在方位上对称分布为原则构建卫星几何结构接近最优的选星模板；确定选星模板旋转的步长及旋转区间；在选星模板旋转过程中寻找与模板卫星最接近的一组实际卫星并计算其加权PDOP值；将整个旋转过程中最小加权PDOP值对应的卫星组合作为选星结果；在选星结果中如果某导航系统只有一颗可见卫星，则剔除该颗卫星。本发明为多星座组合定位提供了一种效果好的选星方法。

技术领域

本发明属于多系统组合导航领域中的选星方法，具体来说就是先构建几何结构接近最优的卫星选星模板，然后从实际卫星分布中选择与模板卫星视线方向夹角最小的卫星组合作为选星结果。

背景技术

随着美国GPS的现代化，俄罗斯GLONASS系统的复兴及中国北斗卫星导航系统(BDS)和欧盟Galileo系统的建成，多系统进行组合导航和定位已成为目前国内外研究和应用的热点。如今，GPS和GLONASS已处于满星座正常运行状态，BDS和Galileo正处于建设阶段，可见卫星数总体上低于前两个系统。待四系统完全建成时，天空中总的卫星数将超过100颗，接收机可同时观测到的卫星数将超过50颗。相对于单系统而言，多系统组合定位具有更好的可靠性和稳定性。例如在城市峡谷地区，多系统组合可以明显提高可见卫星数等。但是，当卫星数量超过一定的数目时，定位性能并不会继续得到提高，反而过多的卫星数量将带来计算量的显著增加。根据相关文献的统计，当使用最小二乘方法进行多系统组合定位时，与使用10颗卫星相比，使用20颗卫星会使乘法运算和加法运算分别增加2.6倍和3.0倍。目前，绝大多数卫星导航和定位应用都是用低成本的导航型接收机进行的，如移动式终端用户，而这种广泛使用的导航型接收机，受到生产成本的限制，其通道数、计算能力及电池电量都很有限，很难做到同时跟踪所有可见卫星并实时解算出位置坐标。因此，从所有可见卫星中选择几何条件较好的卫星进行定位是一种很好的解决方法，不但保证了定位性能，而且提高了计算效率。对于目前已有的选星算法而言，大多数方法需要进行大量的运算，计算效率低，假如从30颗可见卫星中选择15颗卫星计算，需要进行次选星计算，显然不符合实际。本发明提出一种按照给定选星模板进行选星的方法，计算简便，易于实现。

发明内容

本发明旨在提供一种基于选星模板的多卫星导航系统选星方法，有效减少选星的计算量，并获得较好的定位精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于选星模板的多卫星导航系统选星方法，包括以下步骤：

1)导入包含所有可见卫星信息的多星座混合星历及观测数据，设定选星数目k和选星时间间隔T，计算每颗卫星在地心地固坐标系下的三维坐标和视线方向的方位角、高度角；

2)剔除不健康的卫星及低于截止高度角的卫星，获得剔除后的可见卫星数，如果可见卫星数小于选星数，则将所有可见卫星作为选星结果，执行步骤7)，否则执行步骤3)；

3)根据选星数目k构建选星模板；

4)如果在选星模板中高高度角区间的卫星数只有一颗，那么将该颗卫星的高度角设置为90°，如果大于1颗，那么将卫星的高度角都取为75°，然后在方位上均匀地分布在高高度角区间；在低高度角区域，所有卫星的高度角保持相等，取值范围在15°～25°，并在方位上均匀分布在该低高度角区域；计算k除以4的余数，该余数为在选星模板中中高度角区间的卫星数目，同样保证中高度角区间选星模板卫星高度角相等并均匀分布；