[发明专利]一种基于自适应BFO-PSO的卫星选择方法

权利要求书

1.一种基于自适应BFO-PSO的卫星选择方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1：结合卫星空间几何分布和信噪比，构造信噪比加权几何精度因子；

步骤2：从接收机接收到的导航电文提取可见卫星，利用自适应BFO-PSO迭代搜索给定数量下的卫星组合；

步骤3：结合步骤2中搜索出的卫星组合及剩余卫星的贡献度，选定能满足信噪比加权几何精度因子要求的优化卫星组合。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应BFO-PSO的卫星选择方法，其特征在于，步骤1具体过程为：

步骤1.1：以接收机所在位置作为坐标源原点，相互垂直的东向、北向和天顶向构建站心坐标系；在此坐标系下，接收机到卫星的观测向量为：

(1)

(2)

其中，、分别表示卫星和接收机在地心坐标系下的位置坐标，是坐标变换矩阵，是接收机的经纬度；

步骤1.2：通过卫星观测向量可以计算卫星的仰角和方位角：

(3)

(4)

步骤1.3：接收机校正后的伪距观测方程为：

(5)

其中，是误差校正后的伪距测量值，是接收机时钟钟差，是伪距测量误差；

步骤1.4：对于N颗卫星组合，利用加权最小二乘法进行定位解算过程中会生成几何矩阵

(6)

步骤1.5：信噪比是接收到载波信号强度与噪声强度的比值，能更好地体现卫星信号质量；信噪比越高，则载波信号质量效果越好；因此本发明引入信噪比构造信噪比加权几何精度因子SWGDOP：

(7)

其中，，权重矩阵Q是的对角阵，其对角元素是对应卫星信噪比，表示矩阵迹运算，SWGDOP权衡考虑了卫星空间几何位置分布和信号质量，其值越小表明卫星组合的性能越优，因此将SWGDOP作为后续选星算法的适应度函数。

3.根据权利要求2所述的一种基于自适应BFO-PSO的卫星选择方法，其特征在于，步骤2具体过程为：

步骤2.1：从接收到的导航电文提取卫星参数，根据式(3)计算所有卫星仰角，删除仰角低于5°的卫星后，将剩余卫星作为可见卫星，低仰角卫星信号的大气延时校正误差及多路径效应可能很严重，因此通常认为低仰角卫星对于改善DOP值的益处抵不上所带来的较大测量和定位误差，应于提前滤除；

步骤2.2：假设总共提取出M颗可见卫星，对其从1到M依次编号，预设从中选取N颗卫星组合用于定位解算，那么存在种组合，将每个组合作为一个粒子，并随机选取L个粒子作为初始种群；

步骤2.3：初始化粒子群参数，设定BFO粒子趋向操作次数，趋向游动步长C，迁徙概率，PSO惯性权重边界、，速度边界、，学习因子、，最大迭代次数Maxgen，初始迭代次数；

步骤2.4：令=[]表示种群中的第i个粒子经过j次迭代后的位置，其元素是卫星编号；令=[]表示第i个粒子经过j次迭代后的速度，其元素表征卫星编号的变化量；令表示粒子的个体极值，是其对应位置；表示种群全局极值，是其对应位置；选用SWGDOP作为选星的适应度函数；

步骤2.5：计算初始种群所有粒子的适应度，将粒子当前适应度及位置设为粒子个体极值及对应位置，寻找初始种群全局极值及位置；

步骤2.6：对种群所有粒子，按照如下PSO算法公式更新粒子位置和速度：

(8)

(9)

其中，、是非负的学习因子；、是服从[0,1]均匀分布的随机数；是惯性权重，其对PSO的搜索能力具有明显的影响，较大的能够提高PSO的全局搜索能力，较小的则可以提高局部搜索能力；因此本发明采用如下形式的非线性动态惯性权重，使算法能够自适应更新权值：

(10)

其中，分别是种群粒子适应度的最小值和平均值；

步骤2.7：计算粒子适应度，将粒子个体适应度与个体极值比较，若粒子个体适应度值更小，则更新粒子个体极值及位置；将种群最小适应度与全局极值比较，若降低则更新全局极值及位置；

步骤2.8：若步骤2.7中全局极值有更新，则进入步骤2.9执行趋向操作；否则进入步骤2.13执行迁徙操作；

步骤2.9：初始化；

步骤2.10：随机翻转公式：

(11)

其中是游动步长，是随机方向的单位向量；

步骤2.11：计算翻转后的适应度，若全局极值更优，则粒子按式(11)翻转方向游动，否则粒子不游动；然后令k=k+1；

步骤2.12：若，则返回步骤2.10，否则进入步骤2.14；

步骤2.13：将所有粒子适应度进行排序，选择个适应度较大的粒子执行迁徙操作，即将选中的粒子以概率重新进行随机初始化；另外表示向下取整；

步骤2.14：增加迭代次数，若则返回步骤2.6，否则输出最优解，算法结束。

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应BFO-PSO的卫星选择方法，其特征在于，步骤3的具体过程为：

步骤3.1：构造卫星贡献度算子；

令，其中表示增加第d颗卫星所对应的行向量；令，则

(12)

其中是个标量，令(13)，

则(14)

从上式可以看出，在步骤2获得给定卫星组合的情况下，可选择使最大的卫星来增加组合卫星颗数，因此可将作为剩余卫星的贡献度算子，假设要从剩余的m颗卫星中增加一颗卫星，通过进行计算，然而从式(13)可以看出，若选择则只需对进行一次矩阵求逆操作，因此能进一步节约计算时间；

步骤3.2：通过计算剩余卫星贡献度算子逐步增加组合卫星数，直到选择卫星组合的SWGDOP满足要求。