[发明专利]一种紧组合导航系统多星座选星方法及导航方法

说明书

一种紧组合导航系统多星座选星方法及导航方法，涉及组合导航技术领域，包括S1：统计各星座可见星数量；若该星座的可见星数量大于4颗，则依次执行S2～S4的剔除操作；S2：剔除高度角过低的可见星；S3：剔除受天气与多路径效应影响较大的可见星；S4：剔除对卡尔曼滤波器量测方程能观性影响较大的可见星，若剩余可见星数量大于10颗，则继续后续步骤；S5：将剩余可见星分为三组；S6：从高仰角区域中选出高度角最大的可见星加入选星序列；S7：从低仰角区域中选出3颗可见星加入选星序列；S8：从中仰角区域中选择可见星加入选星序列；S9：采用分布式最佳几何精度因子选星方法完成选星。本发明能够解决紧组合导航中星座最优构型与实时性之间的矛盾。

技术领域

本发明涉及组合导航技术领域，尤其涉及一种紧组合导航系统多星座选星方法及导航方法。

背景技术

可见星/惯性组合导航系统结合卫星导航、惯性导航的优点，具有定位精度高，稳定性强等特点，因此在军事领域及民用领域都被广泛应用。在组合导航的模式，紧组合方式利用GNSS接收机输出的伪距、伪距率信息和由SINS输出的位置与速度信息解算得到的伪距、伪距率信息进行组合。在诸如高动态飞行、接收机信号遮挡等情况下，GNSS接收机接收到可见星数目很容易少于四颗，此时松组合系统将工作在纯惯导状态，导航精度随时间下降。基于伪距、伪距率的紧组合导航系统则可以在上述情况下进行组合，有效抑制导航精度的发散，提供高精度导航。随着我国北斗卫星导航系统的建成，紧组合导航系统的优势将得到进一步强化。

目前世界上正在运行的卫星导航系统，有美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的伽利略以及我国的北斗。更多的可见星星座提供了更多的可观测可见星，采用多可见星星座的紧组合导航系统，其定位精度和系统可靠性会大幅提升；但与现有的松组合导航系统不同，紧组合导航系统中滤波器的观测方程不再使用GNSS接收机输出的位置、速度信息，而是基于伪距、伪距率信息。因此如果不对可见星数量做选星处理，会造成滤波器观测方程维数随可见星数量不停增加，从而导致导航定位运算量成倍增长造成卡尔曼滤波器“维数灾难”，并且过多的可见星数量对于最终定位精度的提升效果也有限。另一方面，由可见星信号解算出的伪距、伪距率对于观测方程能观性的影响与星座在天空中的分布构型密切相关，而常规的最佳几何精度因子选星算法在可见星数量较多时计算负担太重，选星过程在组合导航系统单次解算中所占耗时约有2/3，因此若能减少选星过程所耗时间，将对提高组合系统的导航效率大有助益。为解决多系统紧组合导航中星座最优构型与实时性之间的矛盾，本方法提出一种新的适应紧组合导航系统的多星座选星方法。新方法不追求最小GDOP值，而是以满足导航定位精度的GDOP值为前提，以滤波器能观性为判决条件，以最大四面体积法为基础，按可见星在星座中均匀分布为原则进行选星。

发明内容

本发明提供一种紧组合导航系统多星座选星方法。传统的最佳几何精度因子法虽然可以选出具有最佳几何分布的可见星组合，但涉及大量的矩阵乘法和矩阵求逆运算，在可见星数量较多时计算负担太重。在紧组合导航系统中单次滤波解算的周期为1s，仅选星过程在其中所占耗时就约有2/3；这势必限制了导航系统中单次解算周期的提高，进而影响系统实时性，同时对处理器的性能也提出了更高要求。本方法是一种适用于基于惯性/可见星的伪距、伪距率紧组合导航系统的，能够解决紧组合导航中星座最优构型与实时性之间的矛盾。

根据本发明的第一方面，提供了一种紧组合导航系统多星座选星方法，所述方法包括以下步骤：

S1：GNSS接收机在接收到各星座可见星信号后，统计各星座可见星数量；

若该星座的可见星数量大于0颗小于等于4颗，则将所有可见星选为导航星；

若该星座的可见星数量大于4颗，则依次执行S2～S4的剔除操作；

在剔除过程中，若剩余可见星数量等于4颗，则立刻终止剔除操作，将4颗可见星选为导航星；

S2：剔除高度角过低的可见星；