[发明专利]一种基于正交变换的GNSS可见卫星星座选择方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到卫星导航领域，特指一种基于正交变换的GNSS可用卫星星座的选择方法，其主要适用于各种卫星导航系统，例如GPS、GLONASS、北斗卫星导航系统、欧洲的Galileo等卫星导航系统。

背景技术

自20世纪70年代开始，美国和前苏联分别开始建立GPS（Global Positioning System）和GLONASS（GLObal NAvigation Satellites System）卫星导航系统，并于上世纪90年代投入使用。目前，全球卫星导航系统GNSS（Global Navigation Satellite System）主要是指美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo和中国正在建设的北斗卫星导航系统BDS （BeiDou Navigation Satellite System,也称为Compass）。我国在建立北斗试验卫星定位系统的基础上，正在积极建设北斗卫星导航系统BDS，目前一期工程已进入运行阶段，为中国及周边区域的用户提供导航定位服务。

在利用GNSS进行定位或组合导航应用时，首先必须确定可见卫星星座。由于可见卫星星座的选择直接决定了接收机导航定位解算中采用的信息源，对于定位精度、计算量、快速性等性能指标具有非常重要的作用。可见卫星星座的选择（简称为选星）技术已成为GNSS接收机定位即相关应用的关键技术之一。目前，国内外学者主要是基于几何精度衰减因子（Geometric Dilution of Precision,GDOP）最优理论设计GNSS选星方法。当接收机对不同卫星的观测噪声特性相同时，该类方法是适合的，GPS定位就是典型的示例。实际中，由于不同GNSS系统（例如GPS、GLONASS、BDS）卫星轨道高度不同、信号频率不同等原因，造成接收机对不同GNSS卫星的观测误差不同，一般采用加权GDOP的改进选星方法，这类思路主要是采用经验法或近似方法设计选星方法，没有严格的数学理论推导依据。

迄今为止，考虑观测误差特性的非等权GDOP理论和方法研究鲜见公开的报道，对于包含不同轨道卫星的GNSS以及多GNSS联合定位的可见卫星星座选择方法亟需完善和深入研究。总而言之，现有基于等权GDOP理论的GNSS可见卫星星座选择方法没有充分考虑观测误差特性不同的前提条件，存在精度不高、计算复杂等不足，难以完全适用于BDS以及多GNSS联合定位的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现简单、处理速度快、精度高、适用范围广的基于正交变换的GNSS可见卫星星座选择方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于正交变换的GNSS可用卫星星座的选择方法，其步骤为：

（1）计算当前接收机接收到的所有可见GNSS卫星的仰角，剔除卫星仰角小于10度的卫星，得到可用的可见卫星集合；

（2）选择步骤（1）中得到的可见卫星集合中的任意一个子集，子集包括N颗卫星，其中N≥4，根据卫星的卫星位置和接收机概略位置信息，计算系数矩阵；同时根据权系数，计算得到权矩阵；

（3）采用正交变换将权阵变换为单位矩阵，并计算变换后的系数矩阵；

（4）基于变换后的系数矩阵，计算可见卫星子集对应的GDOP值；

（5）计算所有包括N颗卫星的可见卫星子集对应的GDOP值，选择其中GDOP最小值，所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。

作为本发明的进一步改进：在所述步骤（1）中，得到的可用的可见卫星集合S为：

S={s_i|elv_si≥10⁰,1≤i≤M}

其中，s_i为第i颗可见卫星，elv_si为s_i卫星相对于接收机的仰角，M为可见卫星数目；

所述步骤（2）的具体流程为：

（2.1）选择可见卫星集合中的任意一个子集R_k为：

R_k={s_i|s_i∈S,1≤i≤N}

其中，N≤M；