[发明专利]一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统，对获取到的待定位卫星的卫星星历和待定位卫星播发的各频点导航信号进行推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；在地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到一定范围内的目标估计位置；将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，采用牛顿下山法进行递归，更新单星多普勒定位的基本观测方程；得到低轨卫星单星定位结果，采用牛顿下山法进行递归，扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，保证了能解算出单星定位结果。

技术领域

本发明涉及卫星定位领域，具体涉及一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统。

背景技术

低轨通导一体卫星播发功率较强的时隙通信信号和导航增强信号。低轨星快速过境期间，地面终端可以有多种方式实现单星定位，比如利用测距、载波多普勒/相位、网格搜索等。然而因为卫星播发的通导联合信号中，导航信号时隙较短，调制测距码和电文信息的时隙信号在地面接收终端处理时，很难获取高精度测量值。地面终端在利用多普勒实现定位的方式中，除了需要考虑多普勒精度，还需要考虑实现过程的相关情况：其中，基于网格的搜索定位算法需要考虑初始高程初始值，基于最小二乘的定位算法需要考虑观测方程初始值问题和最小二乘迭代收敛的约束，二者均有各自的优缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提升通导一体低轨卫星过境期间地面终端接收时隙信号并处理后的单星定位精度，目的在于提供一种通导一体低轨卫星场景下的单星定位方法及系统，利用多普勒观测值获取较高精度的单星定位，通过网格搜索算法标定目标范围和最小二乘改进算法，结合其他途径获取的高精度多普勒测量值，利用牛顿下山法进行递归，保证观测方程组递归迭代收敛的有效性，从而提高通导一体低轨卫星过境期间地面终端对过境卫星的单星定位精度。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，包括以下步骤：

步骤S1、在同一接收终端同基准时钟下，获取过境卫星的卫星星历和过境卫星播发的各频点导航信号，根据卫星星历对各频点导航信号推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；

步骤S2、根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，选定待定位地面终端搜索覆盖范围内的已知坐标点为中心，设定高程常数值，在待定位地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端一定范围内的目标估计位置；

步骤S3、初始化钟差，将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；

步骤S4、根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，若判断结果为否，则采用牛顿下山法进行递归，更新残差解，根据更新的残差解更新单星多普勒定位的基本观测方程；最终得到低轨卫星单星定位结果。

由于连续采样时间间隔越长则用户观测点的DOP值越好，用户定位精度越高，然而在单星定位的情况下，受卫星过境时间的影响，过境时间较短，且获得的是间隙播发信号，如果在该有限时间内等间隔采样，则随采样间隔越长导致采样点较少，且在利用最小二乘法解算多普勒方程时解算方程的过程中由于方程的非线性度差导致最小二乘递归时收敛性不好，此外形成的观测方程初始值的设置也影响收敛性，从而无法解算出卫星定位结果，针对此，本发明考虑到单星过境时，对于单颗卫星来说，使用最小二乘法进行迭代收敛时，对于观测多普勒方程组非线性度差限制了最小二乘递归收敛性的问题，采用牛顿下山法进行递归，扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，从而使得在段时间内得到的采样点较多，提高单颗卫星过境时的定位精度，并且选取千公里级别大范围内的网格搜索，获取距离真实位置水平距离仅公里级别的初始点，也能解决最小二乘算法观测方程收敛初始值范围限制的问题，通过扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，保证解算方程组时能得到卫星的定位结果。