基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法及系统，选星方法包括以下步骤：配置导航定位所需卫星数目和卫星高度角阈值；根据导航电文确定可见卫星并计算可见卫星的高度角和方位角；求取各个可见卫星对应的受力情况；将可见卫星根据高度角和方位角划分为不同的区域；根据确定的导航定位所需不同区域的卫星数目进行组合，根据求取的可见卫星的受力情况求取对应可见卫星组合的受力的合力，合力最小的卫星组合为所需卫星组合。利用加权受力平衡方法来选取解算卫星组合，可以得到高时效、高精度的定位结果，实时性、精确性、鲁棒性较好。而且，减少了传统选星算法中大量的矩阵运算，占据了较少的计算资源，提高了选星算法的实时性。

Multi mode GNSS star selection method and system based on weighted force balance

The present invention relates to a multi-mode GNSS star selection method and system based on weighted force balance. The star selection method includes the following steps: configuring the number of satellites needed for navigation and positioning and the threshold of satellite altitude angle; determining the visible satellite and calculating the altitude angle and azimuth angle of the visible satellite according to the navigation message; and obtaining the corresponding stress conditions of each visible satellite. The visible satellites are divided into different regions according to altitude angle and azimuth angle. According to the number of satellites in different regions needed for navigation and positioning, the force resultant force corresponding to the visible satellite combination is calculated according to the force situation of the obtained visible satellite, and the minimum resultant force is the required satellite combination. The weighted force balance method is used to select and calculate the satellite combination. The positioning results with high efficiency and accuracy can be obtained. The real-time, accuracy and robustness are good. Moreover, it reduces a large number of matrix operations in the traditional star selection algorithm, occupies less computing resources, and improves the real-time performance of the star selection algorithm.

【技术实现步骤摘要】
基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法及系统
本专利技术涉及基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法及系统。
技术介绍
随着全球卫星导航定位系统迅猛发展，在进行导航定位时可见性数目会急剧增多。传统的基于遍历法寻求具有最小GDOP值组合的GNSS选星方法需要进行大量的矩阵运算，占据了大量的计算资源，影响导航定位的实时性。后续的改进优化方法依然存在着选星组合较多、运算量过大的问题，而基于变权矢量和的GNSS选星算法根据受力平衡思想减少了大量的矩阵运算，具有实时性、准确性、鲁棒性等优点。现有的多系统选星算法主要有以下两种：一是申请公布号为CN102540214A的中国专利申请文件中公开了一种基于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，首先将可见卫星按仰角分区，然后进行组合选取最优GDOP值组合的卫星组合，之后将选取的卫星组合作为后续历元的选星组合首选项。虽然这种方法减少了部分矩阵运算，但是在初次定位过程中依然存在着用时过长的缺点，而且没有考虑用户测距误差项对定位结果的影响。二是申请公布号为CN106707308A的中国专利申请文件中公开了一种基于非标称对流层误差的多星座GBAS选星算法和装置，该方法不仅考虑了可视卫星的空间位置，也考虑了UERE误差项，然而其计算方法过于复杂，且未考虑多系统定位时的不同的卫星导航定位系统存在的系统性误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，用以解决现有的选星方法过程比较复杂的问题。本专利技术同时提供一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星系统。为实现上述目的，本专利技术包括以下技术方案。一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，包括以下步骤：(1)配置导航定位所需卫星数目和卫星高度角阈值；(2)根据导航电文确定可见卫星并计算可见卫星的高度角和方位角；(3)求取各个可见卫星对应的受力情况；(4)将可见卫星根据高度角和方位角划分为不同的区域；(5)根据确定的导航定位所需不同区域的卫星数目进行组合，根据求取的可见卫星的受力情况求取对应可见卫星组合的受力的合力，其中，合力最小的卫星组合为导航定位求解所需卫星组合。本方案提供的基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，根据可视卫星所属系统、空间位置确定可视卫星在站心坐标系的受力状况，根据可视卫星的高度角、方位角进行分组，然后分析各组卫星的受力状况，选取最接近受力平衡状态的一组卫星作为导航定位解算卫星。利用加权受力平衡方法来选取解算卫星组合，可以得到高时效、高精度的定位结果。该方法可以实现在多系统定位下快速确定解算卫星，实时性、精确性、鲁棒性较好。而且，减少了传统选星算法中大量的矩阵运算，占据了较少的计算资源，同时减少了可选卫星组合的数目，提高了选星算法的实时性。另外，该方法不仅考虑了卫星的空间位置分布，同时考虑了不同卫星系统本身的系统误差，也考虑了由于卫星空间位置分布的不同引起的测距误差。进一步地，所述可见卫星的高度角和方位角的计算过程包括：1)求解得到可见卫星在ECEF坐标系下的坐标(xs，ys，zs)及接收机在ECEF坐标系下的坐标(xc，yc，zc)，并求解得到接收机位置对应的大地经纬度(B，L)，则求解得到可见卫星在站心坐标系下的坐标：2)将步骤1)中的可见卫星在站心坐标系下的坐标单位化后得到：3)求解得到可见卫星的高度角Elev与方位角Azi：进一步地，可见卫星对应的受力情况求解过程包括：如果可见卫星属于GPS系统或者BDS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：如果可见卫星属于GLONASS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：进一步地，设定定位系统三系统六星定位系统，所述三系统为BDS、GPS和GLONASS，则将站心坐标系单位球面依高度角和方位角划分为7个区域：高仰角区域A：70°＜Elev≤90°，0°＜Azi＜360°；中仰角区域B：30°＜Elev≤70°，0°＜Azi≤180°；中仰角区域C：30°＜Elev≤70°，180°＜Azi＜360°；低仰角区域D：5°＜Elev≤30°，0°＜Azi≤90°；低仰角区域E：5°＜Elev≤30°，90°＜Azi≤180°；低仰角区域F：5°＜Elev≤30°，180°＜Azi≤270°；低仰角区域G：5°＜Elev≤30°，270。＜Azi＜360°。进一步地，所述步骤(5)中，在六星组合定位时，可见卫星组合为：高仰角区域A有一颗，中仰角区域B和中仰角区域C各有一颗，低仰角区域D、低仰角区域E、低仰角区域F和低仰角区域G各有一颗；在6个区域分别选取一颗可见卫星进行组合，求解如下：X＝∑vxY＝∑vyZ＝∑vzN＝X+Y+Z选取N最小的一组作为导航定位解算卫星组合。一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星系统，包括一种控制模块，所述控制模块包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的步骤包括：(1)配置导航定位所需卫星数目和卫星高度角阈值；(2)根据导航电文确定可见卫星并计算可见卫星的高度角和方位角；(3)求取各个可见卫星对应的受力情况；(4)将可见卫星根据高度角和方位角划分为不同的区域；(5)根据确定的导航定位所需不同区域的卫星数目进行组合，根据求取的可见卫星的受力情况求取对应可见卫星组合的受力的合力，其中，合力最小的卫星组合为导航定位求解所需卫星组合。进一步地，所述可见卫星的高度角和方位角的计算过程包括：1)求解得到可见卫星在ECEF坐标系下的坐标(xs，ys，zs)及接收机在ECEF坐标系下的坐标(xc，yc，zc)，并求解得到接收机位置对应的大地经纬度(B，L)，则求解得到可见卫星在站心坐标系下的坐标：2)将步骤1)中的可见卫星在站心坐标系下的坐标单位化后得到：3)求解得到可见卫星的高度角Elev与方位角Azi：进一步地，可见卫星对应的受力情况求解过程包括：如果可见卫星属于GPS系统或者BDS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：如果可见卫星属于GLONASS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：进一步地，设定定位系统三系统六星定位系统，所述三系统为BDS、GPS和GLONASS，则将站心坐标系单位球面依高度角和方位角划分为7个区域：高仰角区域A：70°＜Elev≤90°，0°＜Azi＜360°；中仰角区域B：30°＜Elev≤70°，0°＜Azi≤180°；中仰角区域C：30°＜Elev≤70°，180°＜Azi＜360°；低仰角区域D：5°＜Elev≤30°，0°＜Azi≤90°；低仰角区域E：5°＜Elev≤30°，90°＜Azi≤180°；低仰角区域F：5°＜Elev≤30°，180°＜Azi≤270°；低仰角区域G：5°＜Elev≤30°，270°＜Azi＜360°。进一步地，所述步骤(5)中，在六星组合定位时，可见卫星组合为：高仰角区域A有一颗，中仰角区域B和中仰角区域C各有一颗，低仰角区域D、低仰角区域E、低仰角区域F和低仰角区域G各有一颗；在6个区域分别选取一颗可见卫星进行组合，求解如下：X＝∑vxY＝∑vyZ＝∑vzN＝X+Y+Z选取N最小的一组作为导航定位解算卫星组合。附图说明图1是基于加权受力平衡的多模GNSS选星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置导航定位所需卫星数目和卫星高度角阈值；(2)根据导航电文确定可见卫星并计算可见卫星的高度角和方位角；(3)求取各个可见卫星对应的受力情况；(4)将可见卫星根据高度角和方位角划分为不同的区域；(5)根据确定的导航定位所需不同区域的卫星数目进行组合，根据求取的可见卫星的受力情况求取对应可见卫星组合的受力的合力，其中，合力最小的卫星组合为导航定位求解所需卫星组合。

【技术特征摘要】
1.一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置导航定位所需卫星数目和卫星高度角阈值；(2)根据导航电文确定可见卫星并计算可见卫星的高度角和方位角；(3)求取各个可见卫星对应的受力情况；(4)将可见卫星根据高度角和方位角划分为不同的区域；(5)根据确定的导航定位所需不同区域的卫星数目进行组合，根据求取的可见卫星的受力情况求取对应可见卫星组合的受力的合力，其中，合力最小的卫星组合为导航定位求解所需卫星组合。2.根据权利要求1所述的基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，所述可见卫星的高度角和方位角的计算过程包括：1)求解得到可见卫星在ECEF坐标系下的坐标(xs，ys，zs)及接收机在ECEF坐标系下的坐标(xc，yc，zc)，并求解得到接收机位置对应的大地经纬度(B，L)，则求解得到可见卫星在站心坐标系下的坐标：2)将步骤1)中的可见卫星在站心坐标系下的坐标单位化后得到：3)求解得到可见卫星的高度角Elev与方位角Azi：3.根据权利要求2所述的基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，可见卫星对应的受力情况求解过程包括：如果可见卫星属于GPS系统或者BDS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：如果可见卫星属于GLONASS系统，且高度角为Elev，则对应的受力矢量为：4.根据权利要求3所述的基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，设定定位系统三系统六星定位系统，所述三系统为BDS、GPS和GLONASS，则将站心坐标系单位球面依高度角和方位角划分为7个区域：高仰角区域A：70°＜Elev≤90°，0°＜Azi＜360°；中仰角区域B：30°＜Elev≤70°，0°＜Azi≤180°；中仰角区域C：30°＜Elev≤70°，180°＜Azi＜360°；低仰角区域D：5°＜Elev≤30°，0°＜Azi≤90°；低仰角区域E：5°＜Elev≤30°，90°＜Azi≤180°；低仰角区域F：5°＜Elev≤30°，180°＜Azi≤270°；低仰角区域G：5°＜Elev≤30°，270°＜Azi＜360°。5.根据权利要求4所述的基于加权受力平衡的多模GNSS选星方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在六星组合定位时，可见卫星组合为：高仰角区域A有一颗，中仰角区域B和中仰角区域C各有一颗，低仰角区域D、低仰角区域E、低仰角区域F和低仰角区域G各有一颗；在6个区域分别选取一颗可见卫星进行组合，求解如下：X＝∑vxY＝ΣvyZ＝∑vzN＝X+Y+Z选取N最小的一组作为导航定位解算卫星组合。6.一种基于加权受力平衡的多模GNSS选星系统，包括一种控制模块，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明剑，魏金本，李俊毅，李万里，李广云，汪威，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41