[发明专利]基于抗差最小二乘的GNSS选星方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，更具体的是涉及一种用于多星座卫星导航系统的选星方法。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)是一种利用人造地球卫星发射的无线电信号进行导航的综合系统，能在全球范围内提供导航服务的卫星导航系统，可为用户提供全球、全天候、实时的三维导航服务。相比其他导航技术而言，基于GNSS的导航技术具有低成本、高精度、无漂移、覆盖范围广、高实时性等技术优势，其应用可为地面静止和运动载体，也可为空间低速、高速运动的飞行器提供高精度定位、定速以及精密授时服务。

随着GNSS在军事及民用领域应用越来越为广泛，各国为了形成自主可控的导航服务能力，都在开发研制属于自己的导航系统，如技术最为成熟的美国GPS导航系统，我国的北斗卫星导航系统(BDS)，俄罗斯的格洛纳斯导航系统GLONASS，欧洲的伽利略导航系统(Galileo)，还有各类区域导航系统，如日本QZSS，印度IRNSS系统等等，未来可用导航卫星个数可达一百余颗。由于接收机通道和处理资源有限，接收机无法对所有观测卫星进行导航信息处理；且受观测环境影响可观测卫星导航数据质量也有差异，数据质量较差的测量信息会导致。因此需对所有观测到卫星进行选星处理，剔除观测信号质量较差卫星，选取最优导航卫星组合，以提高导航精度和计算效率。

然而，目前常用的用于GNSS选星算法尚存在如下不足：

(1)局部最优解。传统的GDOP选星法需要先给定选择卫星个数，然后再进行选星处理，该方法在给定条件下最优解属于局部最优解；

(2)效率低、实时性不高。传统的GDOP法设定不同的个数，所包含的卫星为卫星总数排列组合，然后根据在给定的组合数进行搜索迭代，当观测到卫星个数增多时，则大大增加选星的计算量，降低了计算效率和实时性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于抗差最小二乘的GNSS选星方法，该GNSS选星方法采用抗差估计技术，能够识别出观测数据质量较差的导航卫星，同时自适应地调整各个卫星观测量的权重值，并进行逐步迭代直到剔除掉所有观测数据质量较差的卫星；该GNSS选星方法能够无需给定选星的个数，可自适应地选取全局最优卫星组合，且计算效率高、实时性较高；可快速选取全局最优解，提高导航系统的精度和可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于抗差最小二乘的GNSS选星方法，包含以下步骤：

步骤一：对接收机A在历元t时刻观测到的n颗GNSS卫星构建伪距测量模型；

步骤二：首先利用接收机设备给定的伪距噪声，设定权值矩阵P的先验值，再利用最小二乘技术求解步骤一构建的伪距测量模型，得到接收机位置解和钟差；

步骤三：利用接收机位置解和钟差计算标准残差，利用抗差等价权值函数更新权值矩阵P；

步骤四：根据步骤三更新的权值矩阵，对每颗卫星权值进行判断分析：

如果某颗卫星的权值等于0，将该卫星在伪距测量模型中剔除，同时提出所对应权值矩阵的元素，重新利用最小二乘解算出接收机位置和钟差解传递到步骤三进行迭代分析；

如果所有的卫星的权值都不等于0，则输出可用卫星，选星程序结束。

优选地，步骤一中，对于接收机A接收到的第s颗GNSS卫星的伪距观测方程为：

式中，为伪距观测量；为卫星到接收机的几何距离,r_A,r^s分别为接收机A的位置向量和卫星s的位置向量；c为真空中的光速；δt_A为接收机钟差；δt^s为GNSS卫星钟差；为电离层延迟；为对流层延迟；为符合方差的白噪声；

对接收机A的位置r_A进行线性化：

式中，为卫星到接收机的方向向量；卫星位置可通过卫星广播星历实时解算得到，接收机A的位置信息通过伪距单点定位解算得到；

则接收机A在历元t时刻观测到的n颗GNSS卫星的伪距测量模型如公式(3)：

式中，测量值为：设计矩阵为：为待估计接收机位置参数r_A和接收机钟差δt_A。

优选地，步骤三中，标准残差为：

式中，为的标准差，i为观测到第i颗卫星，i＝1,2,…,n。

优选地，步骤三中，抗差等价权值函数为：