[发明专利]全球导航卫星系统快速选星方法

摘要

本发明公开了一种全球导航卫星系统快速选星方法。它从满足导航定位要求出发来进行选星，以达到减少选星计算量和降低导航定位计算量的目的。首先，对可见星按仰角大小划分为高仰角、中仰角和低仰角三个区域，选出仰角最大的一颗星，然后根据最大仰角星仰角大小在高仰角卫星中进行卫星选取。再按卫星在星座中均分的原则，分别从中、低两个区域中选取适当数目的定位卫星。最后，根据几何精度因子对选星结果进行效验，并根据效验结果修正选星结果使之满足定位要求。本方法有效解决了传统选星方法计算量大的问题，可以实现简单、快速选星，适合静态和动态条件下的实时选星需求。

主权项

1、一种全球导航卫星系统快速选星方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：配置参数；根据定位需要和接收机性能以及组合星座个数，配置所需选取定位卫星的最大数目、星座几何精度因子GDOP值的初步限制要求以及遮蔽角MA；步骤二：获取可见星位置；通过卫星星历得到所有当前可见卫星的位置，同时，将属于不同卫星系统的各卫星位置转换至选定的坐标系；如果存在接收机自主完整性分析，则根据自主完整性分析结果剔除故障卫星，保证参与选星的卫星均处于健康状态；步骤三：获取可见星仰角El和方位角Az，并剔除仰角小于遮蔽角MA的卫星；设系统可见星相对用户接收机的位置为(x_l，y_l，z_l)，则El=tg-1(zlxl2+yl2)]]>Az=tg-1(xlyl)]]>在获得方位角Az时，要根据可见星相对用户接收机的位置确定可见星相对位置的象限，然后根据象限对结果进行修正，使之落在0°-360°的范围内，具体修正方法为：当可见星相对位置在第一象限，即x_l≥0，y_l≥0时，不修正；当可见星相对位置在第二象限或第三象限，即x_l＜0时，当可见星相对位置在第四象限，即x_l≥0，y_l＜0时，步骤四：对可见星按仰角分区并选择仰角最大的卫星作为选星结果的第一颗星S1；对步骤三中得到的所有可见星按仰角大小分为高仰角、中仰角和低仰角三个区域，并从所有可见星中选择仰角最大的一颗星作为所选的1号星S1；按仰角划分的三个区域分别是：高仰角区为90°≤El＜75°、中仰角区为75°≤El≤40°、低仰角区为40°＜El≤MA；统计各区域的可见卫星数，高仰角卫星数记为K0，中仰角卫星数记为K1，低仰角卫星数记为K2；步骤五：根据K0及卫星S1的仰角大小判断是否增选高仰角卫星；根据高仰角卫星数K0和卫星S1的仰角大小，判定是否需要在高仰角卫星区中增选一颗星，判定方法如下：如果所选的卫星S1的仰角不小于80°，不进行增选；如果高仰角卫星数K0不大于1，不进行增选；如果所选卫星S1的仰角小于80°，而高仰角卫星数K0大于等于2，且高仰角卫星区域中至少有1颗卫星与卫星S1的方位角之差超过30°，则在高仰角卫星区域中选择一颗与卫星S1方位角相差最大者作为选星结果的2号星，否则不进行增选；步骤六：分别在中、低仰角卫星区域中选星；首先，根据组合卫星系统个数，配置本步骤需要选取的中仰角卫星区域最大卫星数Kz和低仰角卫星区域最大卫星数Kd，配置原则如下：对单系统或双系统，Kz＝Kd＝3；对三系统，Kz＝3，Kd＝4；对四系统，Kz＝Kd＝4；根据目前星座建设情况，对四系统以上组合系统暂不考虑；然后，对步骤四中所选出的中仰角星和低仰角星按方位角大小进行排序；最后，根据每个区域中的卫星数，按方位角等距的原则，从中、低仰角卫星区域中选择相应数量的卫星；其中，不论卫星S1是否属于该区域，所选卫星数均不计卫星S1，方位角等距的原则是指两两相邻卫星方位角之差大小相等；当中仰角卫星数K1小于等于Kz，或者，当高仰角卫星数K0等于0而中仰角卫星数小于等于Kz+1时，以优先剔除仰角较大者为原则，剔除所有两卫星方位角之差与仰角之差的和小于30°中的一颗，其余卫星全选；否则，当中仰角卫星数K1大于上述数值时，先在中仰角卫星区域中找出与最大仰角卫星S1方位角相差最接近30°的卫星，然后以此卫星为基础，按需要选取的中仰角卫星数Kz，将中仰角区域按方位角等距的原则分为Kz个区域，再然后在每个区域中选择一颗卫星方位角与该区域中心位置方位角之差最小的卫星；当低仰角卫星数K2≤Kd时，以优先剔除仰角较小者为原则，剔除所有两卫星方位角之差与仰角之差的和小于30°中的一颗，其余卫星全选；否则，先在低仰角卫星区域中选出与最大仰角卫星S1方位角相差最接近180°的卫星，然后以此卫星为基础，按需要选取的低仰角卫星数Kd，将低仰角区域按方位角等距的原则分为Kd个区域，再然后在每个区域中选择一颗卫星方位角与该区域中心位置方位角之差最小的卫星；步骤七：获取GDOP；根据选星结果，按照GDOP=tr(HTH)-1]]>得到GDOP；式中H表示用户至导航卫星的方向余弦矩阵，即观测矩阵，tr表示求矩阵的迹，H^T表示观测矩阵H的转置，H是一个n×(3+l)维矩阵，其中n为定位解算中的可见卫星数，l表示组合星座卫星系统个数；步骤八：判断GDOP大小并确定是否增选或改选卫星；如果GDOP满足要求，则所选卫星即作为定位卫星；或者，如果所选卫星数nsl等于步骤一中的定位卫星最大数，即使GDOP不满足步骤一中的初步限制要求但超过值不大于5％，则所选结果也能够作为最终选星结果；从而完成选星过程；否则，如果GDOP不满足上述要求，则在步骤一中所述最大定位卫星数目的限制下，在中仰角和低仰角卫星区域中进行增选或改选；当GDOP不满足要求且所选卫星数nsl小于定位卫星最大数目时，按中仰角卫星优先的原则，从中仰角卫星区域或低仰角卫星区域中选取1颗与已选所有卫星方位角相差大于20°的卫星；如果不存在这样的卫星，则按5°为步长逐步降低该方位角之差进行选取；如果所选卫星数nsl等于定位卫星最大数，且GDOP不满足要求并超过值大于5％，则在所有已选卫星之中，除卫星S1外，以优先剔除较大仰角卫星的原则，剔除中、低仰角卫星中两两方位角之差最小的一颗卫星，然后按低仰角卫星优先的原则，从低仰角卫星区域或中仰角卫星区域中选取1颗与已选所有卫星方位角相差最大的卫星；在增选或改选后，重复步骤七、步骤八，直至GDOP满足设计要求，完成选星过程。