[发明专利]一种基于势能和概率选择的北斗选星方法

说明书

本发明公开了一种基于势能和概率选择的北斗选星方法，其步骤包括：首先计算出监测点处的北斗可视卫星的方位角和高度角，得到选择n颗北斗卫星的状态矩阵，并将几何精度因子值作为北斗卫星选择的目标函数；然后利用基于势能的概率选择算法，搜索能使目标函数值最小的北斗卫星组合，得到最优解，算法中设计的“自适应调控”策略可以避免算法陷入局部最优，更好地收敛到全局最优。本发明将基于势能的概率选择算法应用于北斗卫星选择过程，充分发挥了该算法复杂度低、收敛速度快、性能良好等优点，有效提高了北斗卫星选择的质量和效率，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于北斗卫星导航定位领域，具体地说是一种基于势能和概率选择的北斗选星方 法。

背景技术

在北斗卫星导航定位的各种应用中，为了保证定位精度，需要从多颗可观测北斗卫星中 选出合适的n(n≥4)颗北斗卫星用于定位解算。从研究中发现，当监测误差一定时，监测点 处的卫星和选出用来参与定位的n颗北斗卫星几何关系的差异将直接影响定位精度。北斗卫 星导航定位误差方程可表达为：

ΔX＝GDOP·Δρ

在上式中，ΔX为位置误差，Δρ为监测误差，GDOP(geometrical dilution ofprecision)为 几何精度衰减因子。几何精度因子值反映了观测处和北斗卫星之间的空间几何关系。在监测 误差一定时，几何精度因子值越小，位置误差越小，定位精度越高。

现有的北斗选星方法主要有传统遍历选星算法和几何优化法等。传统遍历选星算法通过 遍历所有的北斗卫星组合，选出几何精度因子值最小的n颗北斗卫星作为最佳组合，该算法 的定位精度最高，但计算量大，实时性较差，难以适用于高动态观测。蚁群算法作为一种典 型的进化算法，是可以用于北斗卫星选择问题的求解的，它通过蚁群的正反馈机制，迭代搜 索求解，可以在可接受的时间范围内得到近似最优解。但该算法中的参数设定通常由实验方 法确定，导致方法的优化性能与人的经验密切相关，很难使算法性能最优化。

发明内容

本发明为解决上述现有方法中存在的不足之处，提供一种基于势能和概率选择的北斗卫 星选择方法，以期能有效提高北斗卫星选择的时效性，同时提高所选北斗卫星组合的定位精 度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种基于势能和概率选择的北斗选星方法，其特点是应用于从观测点处的多颗北 斗可视卫星中选择n颗北斗卫星的过程中，并按如下步骤进行：

步骤1、计算可视卫星的方位角和高度角；

步骤1.1、以观测点为原点O，以地球椭球的长半轴为X轴，以地球椭球的短半轴为Y轴，以地球椭球的法线为Z轴，构建载体坐标系；

利用式(1)得到可视卫星在载体坐标系下的坐标

式(1)中，X_zs，Y_zs，Z_zs分别表示所述可视卫星在载体坐标系下的X轴坐标值、Y轴坐标值 和Z轴坐标值；X_es，Y_es，Z_es分别表示所述可视卫星在地心坐标系下的X轴坐标值、Y轴坐标 值和Z轴坐标值；X_p，Y_p，Z_p分别表示所述观测点在地心坐标系下的X轴坐标值、Y轴坐标值和Z轴坐标值；H为载体坐标系和地心坐标系的转换矩阵；并有：

式(2)中，B_p,L_p为观测点的大地纬度和经度；

步骤1.2、利用式(3)和式(4)分别得到所述可视卫星的方位角A_zs和高度角E_zs：