[发明专利]一种基于北斗卫星信号强度权重优化模型的快速选星方法

说明书

本发明公开了一种基于北斗卫星信号强度权重优化模型的快速选星方法，解决现有方法中计算效率低下的问题。其方案包括步骤：首先通过北斗卫星信号强度权重优化模型得到方位和强度矩阵G；得到能量最大的卫星，运用一种快速、鲁棒递归的可分离非负矩阵分解算法确定剩下三颗卫星；选出信号强度最大的四颗星组合优化方位和强度矩阵，最后得出最佳几何精度因子。本发明通过引入非负矩阵分解的方法选星，加快解算速度，减少计算量,大大提高选星的效率，同时也获得了精确的选星效果。

技术领域

本发明涉及北斗导航领域，更具体地，涉及一种基于北斗卫星信号强度权重优化模型的快速选星方法。

背景技术

随着北斗卫星导航系统的不断发展和完善，捕获的可视卫星数目大幅度增加，这将导致在导航定位解算中北斗卫星的冗余信息增多，使导航解算运算量随之成几十倍增长，严重影响着导航定位解算的速度。同时在接收机硬件设计难度和成本上，将会大大增加，也提高了工程上对多系统接收机的通道数和处理速度的要求。

另外如今北斗卫星导航系统越来越多地应用在城市街道导航中，然而在城市北斗选星过程中，按传统方法单一地根据卫星空间方位信息来选星，容易受高楼大厦影响造成接收信号微弱，无法完成选星。针对这样的场景问题，最近有一种解决的新方法，就是加入卫星的信号能量强度信息作为权重，通过遍历的方法完成选星，即基于卫星信号能量和空间方位信息的北斗卫星选星模型。

但是目前的选星方法由于计算量较大，运算速度都比较慢，达不到方便快捷的理想效果。因此从捕获的北斗卫星中要寻找一种更高效快速的选星策略来选取合适的卫星，以此来保证定位精度的同时掌握更高效快速的实时性是十分重要的。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的计算量较大，运算速度都比较慢的问题，提供一种基于北斗卫星信号强度权重优化模型的快速选星方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

S1：通过北斗卫星信号强度权重优化模型得到方位和强度矩阵G；

S2：从终端获取的N个卫星中选择4颗卫星，其中一颗卫星为卫星载波信号强度最大的卫星，另外三颗卫星通过非负矩阵分解算法确定，1≤i≤N，N表示终端捕获到的卫星数；

S3：将选取的四个卫星的方位和强度信息代入到四阶方位和强度矩阵G中，并求得几何精度因子GDOP的值。

优选地，所述S3中的方向和强度矩阵G为：

将其转化为仰角方位角形式为：

其中，φ_i表示第i个卫星的仰角，ψ_i表示第i个卫星的方位角，表示第i个卫星的载波信号强度，矩阵G第i行代表第i个卫星的方位和强度矩阵，参数g可通过大量实际数据和仿真模拟确定出。

优选地，所述S2中确定三颗卫星的非负矩阵分解算法的步骤为：

S21：将方位和强度矩阵G排除掉载波信号强度最大的卫星后得到的矩阵G_o，

对G_o的每一行进行归一化处理，转置得到矩阵：L¹＝[l₁ l₂ ... l_N-1]

其中l_j表示G_o中第j+1行归一化后的值；

S22：对L¹构造如下迭代方程：

其中，ΔH为步长矩阵，k不能超过所选卫星数量，即k≤3；