一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法及系统。该方法包括：获取卫星导航电文；根据卫星导航电文确定可用卫星数、卫星号、各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以卫星仰角以及方向角为依据，确定6颗最佳卫星；初始化北斗接收机的位置状态，根据任一颗卫星的广播星历数据确定卫星参数；根据北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及卫星参数确定不同的卫星观测方程，并确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；根据北斗接收机的位置状态构建误差方程，并利用自适应布谷鸟算法对误差方程求解，确定北斗接收机的最终位置坐标。本发明专利技术能够提高降低定位计算量，提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法及系统
本专利技术涉及卫星导航
，特别是涉及一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法及系统。
技术介绍
随着中国北斗三号全球卫星导航系统星座部署系统搭建完毕，目前共有55颗北斗二号与北斗三号组网卫星为北斗导航服务，北斗导航定位系统民用化也将是我国经济发展的重要支柱。定位导航过程中，定位解算是卫星导航接收机主要的组成部分。随着北斗三号可用定位卫星数量增多，可大大提高定位解算精度，但这需要与之适应的解算算法才能充分的利用其多星定位数据。目前在多模即GPS、北斗、GLONASS多定位系统定位方式是一种常用的定位方式，其也涉及到如何在多可用卫星下采用合适的定位解算算法得到更精确的结果。目前定位解算使用最多是伪距定位法，其原理是将卫星与定位点的测量距离(伪距)做为几何距离，采用大地坐标系，带入卫星实时坐标，进而求得定位坐标。该解算方程中含有X、Y、Z、δt即坐标以及时钟误差4个未知数，所以需要获得4个及以上卫星信号方可定位。为了提高定位精度，在多可用定位卫星的情况下，需要通过选择合适的卫星信号进行解算，具体以所选卫星的GDOP(几何精度)作为评判标准，GDOP值越小越好。接着将卫星信号作为参数输入解算方程中，最后选择合适的方法完成对方程解算。目前选星方法有最佳几何精度因子法、最大矢端四面体体积法、准最佳选星法，方程解算常用方法有最小二乘法以及卡尔曼滤波算法以及相关改进方法；通过上述方法虽然可以提高定位精度，但选星过程中存在大量矩阵求逆过程，计算时间较长。而现有方程解算方法处理非线性方程求解精度相比于智能算法精度较低，但智能算法得出精度越高对应迭代次数也相对变多，计算时间较长不适用于实际工作当中的问题一直未能解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法及系统，以解决针对现有选方法的定位解算方法迭代次数多，计算时间长的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，包括：获取卫星导航电文；所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据；根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号；根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星；基于所述6颗最佳卫星，根据任意一颗所述最佳卫星的卫星参数初始化北斗接收机的位置状态；所述卫星参数包括伪距、卫星时钟误差、对流层延迟以及电离层延迟；根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程，并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；一颗最佳卫星对应一个卫星观测方程，一个卫星观测方程对应一组卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；根据所述北斗接收机的位置状态、所述卫星观测方程余数项以及所述卫星方向余弦构建误差方程，并利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解，确定所述北斗接收机的最终位置坐标。可选的，所述根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星，具体包括：根据所得卫星广播星历，确定各个卫星相对于所述北斗接收机的卫星方位角与卫星仰角；采用准最佳选星法，沿天顶方向、东方向以及北方向选出三颗具有最大卫星仰角的卫星；所述具有最大卫星仰角的卫星为最佳卫星；判断剩余可用卫星数量是否大于15，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量大于15，利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星，确定剩余的三颗最佳卫星；若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量不大于15，利用综合模糊评价法对剩余卫星的卫星仰角及卫星方位角进评价，确定剩余的三颗最佳卫星。可选的，所述利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星，确定剩余的三颗最佳卫星，具体包括：按照所述剩余卫星的卫星仰角，确定卫星仰角大于70°的高仰角区以及卫星仰角低于70°的中低仰角区；选取所述高仰角区内的任一高仰角卫星，并判断所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差是否大于70°，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差大于70°，确定所述高仰角卫星为最佳卫星；若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差不大于70°，选取所述高仰角区内的下一个所述高仰角卫星，直至选取出剩余的三颗最佳卫星；判断所述高仰角区是否选取出剩余的三颗最佳卫星，得到第三判断结果；若所述第三判断结果表示为所述高仰角区未选取出剩余的三颗最佳卫星，选取所述中低仰角区中的备选卫星作为剩余的三颗最佳卫星；所述备选卫星为所述中低仰角区内与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差最大的卫星。可选的，所述根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程，并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦，具体包括：所述卫星观测方程为：其中，ρs为伪距；(X，Y，Z，cdtr)为所述北斗接收机的位置状态，(X，Y，Z)为所述北斗接收机的三维坐标，cdtr为所述北斗接收机的时钟误差；(XS，YS，ZS)为卫星实时位置的三维坐标；c为光速；dts为卫星时钟误差；dtrop为对流层延迟，dion为电离层延迟；所述卫星观测方程余数项为：ls＝ρs-Rs+c·dts-c·cdtr+dion+dtrop；其中，ls为卫星观测方程余数项；所述卫星方向余弦为：其中，[bxs,bys,bzs,bts]为卫星方向余弦，分别为所述北斗接收机的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的卫星的余弦值，为误差时间弦量；Rs为卫星和北斗接收机的几何距离，可选的，所述利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解，确定所述北斗接收机的最终位置坐标，具体包括：获取初始化鸟巢数以及迭代次数，并基于所述误差方程构建最优目标函数；基于所述初始化鸟巢数以及所述迭代次数，对所述最优目标函数的解依次进行全局Levy飞行操作、选择最优操作、局部随机飞行操作以及自适应更新参数操作，确定所述北斗接收机的最终位置坐标。可选的，所述初始化鸟巢数为400；所述迭代次数为800。一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算系统，包括：卫星导航电文获取模块，用于获取卫星导航电文；所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据；可用卫星数以及卫星号确定模块，用于根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号；最佳卫星确定模块，用于根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，包括：/n获取卫星导航电文；所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据；/n根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号；/n根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星；/n基于所述6颗最佳卫星，根据任意一颗所述最佳卫星的卫星参数初始化北斗接收机的位置状态；所述卫星参数包括伪距、卫星时钟误差、对流层延迟以及电离层延迟；/n根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程，并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；一颗最佳卫星对应一个卫星观测方程，一个卫星观测方程对应一组卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；/n根据所述北斗接收机的位置状态、所述卫星观测方程余数项以及所述卫星方向余弦构建误差方程，并利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解，确定所述北斗接收机的最终位置坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，包括：
获取卫星导航电文；所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据；
根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号；
根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星；
基于所述6颗最佳卫星，根据任意一颗所述最佳卫星的卫星参数初始化北斗接收机的位置状态；所述卫星参数包括伪距、卫星时钟误差、对流层延迟以及电离层延迟；
根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程，并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；一颗最佳卫星对应一个卫星观测方程，一个卫星观测方程对应一组卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦；
根据所述北斗接收机的位置状态、所述卫星观测方程余数项以及所述卫星方向余弦构建误差方程，并利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解，确定所述北斗接收机的最终位置坐标。


2.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，所述根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角，并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据，确定6颗最佳卫星，具体包括：
根据所得卫星广播星历，确定各个卫星相对于所述北斗接收机的卫星方位角与卫星仰角；
采用准最佳选星法，沿天顶方向、东方向以及北方向选出三颗具有最大卫星仰角的卫星；所述具有最大卫星仰角的卫星为最佳卫星；
判断剩余可用卫星数量是否大于15，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量大于15，利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星，确定剩余的三颗最佳卫星；
若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量不大于15，利用综合模糊评价法对剩余卫星的卫星仰角及卫星方位角进评价，确定剩余的三颗最佳卫星。


3.根据权利要求2所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，所述利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星，确定剩余的三颗最佳卫星，具体包括：
按照所述剩余卫星的卫星仰角，确定卫星仰角大于70°的高仰角区以及卫星仰角低于70°的中低仰角区；
选取所述高仰角区内的任一高仰角卫星，并判断所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差是否大于70°，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差大于70°，确定所述高仰角卫星为最佳卫星；
若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差不大于70°，选取所述高仰角区内的下一个所述高仰角卫星，直至选取出剩余的三颗最佳卫星；
判断所述高仰角区是否选取出剩余的三颗最佳卫星，得到第三判断结果；
若所述第三判断结果表示为所述高仰角区未选取出剩余的三颗最佳卫星，选取所述中低仰角区中的备选卫星作为剩余的三颗最佳卫星；所述备选卫星为所述中低仰角区内与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差最大的卫星。


4.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，所述根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程，并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦，具体包括：
所述卫星观测方程为：

其中，ρs为伪距；(X，Y，Z，cdtr)为所述北斗接收机的位置状态，(X，Y，Z)为所述北斗接收机的三维坐标，cdtr为所述北斗接收机的时钟误差；(XS，YS，ZS)为卫星实时位置的三维坐标；c为光速；dts为卫星时钟误差；dtrop为对流层延迟，dion为电离层延迟；
所述卫星观测方程余数项为：
ls＝ρs-Rs+c·dts-c·cdtr+dion+dtrop；其中，ls为卫星观测方程余数项；
所述卫星方向余弦为：

其中，[bxs,bys,bzs,bts]为卫星方向余弦，分别为所述北斗接收机的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的卫星的余弦值，为误差时间弦量；Rs为卫星和北斗接收机的几何距离，


5.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法，其特征在于，所述利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解，确定所述北斗接收机的最终位置坐标，具体包括：
获取初始化鸟巢数以及迭代次数，并基于所述误差方程构建最优目标函数；
基于所述初始化鸟巢数以及所述迭代次数，对所述最优目标函数的解依次进行全局Levy飞行操作、选择最优操作、局部随机飞行操作以及自适应更新参数操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君瑞，王闯，周静超，向上，郭腾，高峰，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64