一种卫星导航实时定位中的选星方法技术

本发明专利技术公开了一种卫星导航实时定位中的选星方法，包括步骤一：结合三维数据选星，根据卫星接收机接收周边的三维数据，提前锁定没有被遮挡的卫星；步骤二：接入卫星健康状态监控数据选星，根据卫星接收机获取的卫星健康状态实时信息，剔除健康状态差的卫星；步骤三：自适应权重因子快速选星，根据高度角和方位角对筛选后剩余卫星进行星座组合，以筛选后剩余卫星的GDOP值和信噪比来动态自适应调整权重因子，实现快速的优化选星。本发明专利技术的快速选星方法能够降低遮挡和多路径效应影响，在实时定位的场景中，提升卫星导航定位精度，提高定位可用性，增强定位安全性。增强定位安全性。增强定位安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星导航实时定位中的选星方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航技术，尤其涉及一种卫星导航实时定位中的选星方法。

技术介绍

[0002]卫星导航因其全天候、全天时、高精度的定位能力，被广泛的应用于自动驾驶、机器人等领域，但卫星导航易受周围建筑物、林荫、隧道等遮挡物的遮挡影响，会带来多路径效应、星座构型不佳等问题，制约了其高精度定位的表现，尤其是在自动驾驶当中，还带来了一定的安全隐患。
[0003]随着各大卫星导航系统的建设，卫星数逐渐增多。多数场景下选择全部可见卫星来解算位置，会增加计算负担，无法满足实时定位需求。为达到较好的定位效果，需要综合多种因素来选择纳入解算的卫星。如何从数量较多的卫星中遴选出纳入定位解算的卫星，是工程实践中的重要课题。目前的选星方法主要采用最佳几何误差因子法、最大矢端四面体法等，但在遇到遮挡、多路径效应等问题时，依然无法进行高精度的定位。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够降低遮挡和多路径效应影响的卫星导航实时定位中的选星方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种卫星导航实时定位中的选星方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：结合三维数据选星，根据卫星接收机接收周边的三维数据，提前锁定没有被遮挡的卫星，剔除遮挡卫星；
[0007]步骤二：接入卫星健康状态监控数据选星，根据卫星接收机获取的卫星健康状态实时信息，剔除健康状态差的卫星；
[0008]步骤三：自适应权重因子快速选星，经过步骤一和步骤二选星后，根据高度角和方位角对筛选后剩余卫星进行星座组合，采用卫星GDOP值选星，以筛选后剩余卫星的GDOP值和信噪比SNR来动态自适应调整权重因子，实现快速的优化选星。
[0009]作为优选的技术方案，所述步骤三中采用卫星GDOP值进行选星，以GDOP值和信噪比SNR作为权重，根据筛选后剩余卫星GDOP值来动态自适应调整权重因子，以信噪比SNR为衡量标准设定权重因子，通过信噪比SNR排除误差较大的卫星，其中
[0010]GDOP值的计算公式为：
[0011][0012]式中，H为卫星观测矩阵，H
T
为H的转置矩阵，
[0013][0014]式中，a
xn
、a
yn
、a
zn
是从用户到第n颗卫星的单位偏移矢量的方向余弦,可表示如下：
[0015][0016][0017][0018]式中，x
n
、y
n
、z
n
分别表示第n颗卫星的x、y、z坐标；分别表示卫星接收机的概略位置的坐标，
[0019][0020]SNR的计算公式为：
[0021]SNR＝CN0‑
BW
[0022]式中，CN0为载波噪声密度，由卫星导航电文给出；BW为卫星接收机的前端滤波器带宽；且在信噪比SNR低于设定阈值时，权重因子设为0；
[0023]对上述GDOP值和信噪比SNR做归一化处理，得GDOP
nor
∈(0，1)、SNR
nor
∈(0，1)；
[0024]设R值为衡量选星效果的指示值，按照不同GDOP星座组合求取R值：
[0025][0026]式中，n为该星座组合中卫星数目，C
G
、C
S
分别为常系数因子，且满足以下关系：C
G
>C
S
，C
G
+C
S
＝1；
[0027]R越大，则选星效果越好，反之，R越小，选星效果越差；根据计算的R为所有星座组合进行排序，选择R值最大的星座组合。
[0028]作为优选的技术方案，在三维环境下，GDOP值的取值范围是：
[0029][0030]式中，n为星座组合中卫星数目；
[0031]当卫星数目n为4颗时，该GDOP值最小可取1.5811；在GDOP≥8时，舍弃该星座组合，权重因子设为0。
[0032]作为优选的技术方案，所述步骤三中对步骤二接入卫星健康状态监控数据选星筛选后剩余卫星进行星座组合采用六星选星方式:在筛选后剩余卫星中，选择高度角最大的卫星为第一颗卫星，选高度角第二大的卫星为第二颗卫星，沿行进的纵向选高度角最小的
卫星为第三颗卫星，将第三颗卫星的方位角分别增加90
°
、180
°
和270
°
，在这三个方位角轴线附近选择与第三颗卫星方位角接近并且高度角尽量小的卫星为第四颗卫星、第五颗卫星和第六颗卫星；而当步骤二接入卫星健康状态监控数据选星筛选后剩余卫星数小于6颗时，取全部卫星进行星座组合。
[0033]作为优选的技术方案，所述步骤一中根据卫星接收机周边的三维数据时，可动态的调整高度角和方位角信息，纳入规划路线及路线周边的建筑遮挡情况，提前或实时排除受到遮挡的净空区域，同时排除由周围环境反射所带来的多路径效应。
[0034]作为优选的技术方案，所述步骤一中三维数据的数据格式包括以下内容：建筑物特征点集和面集，其中点集中每个点保存有三维坐标，而面集中每个面由点构成。
[0035]作为优选的技术方案，所述步骤一中判断卫星是否受遮挡或来自多路径效应的步骤如下：
[0036]1)根据卫星接收机三维数据定位的三维坐标，得到当前时刻的初始概略位置；
[0037]2)通过星历数据计算卫星坐标，做初始概略位置与各个卫星之间的连线；
[0038]3)遍历所有视距范围内的面集，判断各面是否与上述连线存在交点；
[0039]4)若存在交点，则剔除该卫星。
[0040]作为优选的技术方案，所述步骤一中，可以采用纳入地图匹配和惯性导航，经过不含卫星导航的滤波推算出当前时刻的初始概略位置，根据预报星历，提前求解卫星的坐标，根据规划路线上每个点的三维坐标，来提前锁定没有被建筑物遮挡的卫星，剔除遮挡卫星，排除产生多路径效应的卫星。
[0041]作为优选的技术方案，在进行步骤一结合三维数据选星前，还包含一确定在选星前卫星数目≥4的步骤；在进行步骤三自适应权重因子快速选星前、还包含一确定在步骤二接入卫星健康状态监控数据选星筛选后剩余卫星数目≥4的步骤。
[0042]作为优选的技术方案，还包括步骤四：紧组合导航，且在步骤一结合三维数据选星前卫星数目＜4、在步骤二接入卫星健康状态监控数据选星筛选后剩余卫星数目＜4时，可采用紧组合的滤波方式，依靠惯性导航辅助方式实现高精度的定位。
[0043]由于采用了上述技术方案，一种卫星导航实时定位中的选星方法，包括步骤一：结合三维数据选星，根据卫星接收机接收周边的三维数据，提前锁定没有被遮挡的卫星，剔除遮挡卫星；步骤二：接入卫星健康状态监控数据选星，根据卫星接收机获取的卫星健康状态实时信息，剔除健康状态差的卫星；步骤三：自适应权重因子快速选星，经过步骤一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航实时定位中的选星方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：结合三维数据选星，根据卫星接收机接收周边的三维数据，提前锁定没有被遮挡的卫星，剔除遮挡卫星；步骤二：接入卫星健康状态监控数据选星，根据卫星接收机获取的卫星健康状态实时信息，剔除健康状态差的卫星；步骤三：自适应权重因子快速选星，经过步骤一和步骤二选星后，根据高度角和方位角对筛选后剩余卫星进行星座组合，采用卫星GDOP值选星，以筛选后剩余卫星的GDOP值和信噪比SNR来动态自适应调整权重因子，实现快速的优化选星。2.如权利要求1所述的一种卫星导航实时定位中的选星方法，其特征在于：所述步骤三中采用卫星GDOP值进行选星，以GDOP值和信噪比SNR作为权重，根据筛选后剩余卫星GDOP值来动态自适应调整权重因子，以信噪比SNR为衡量标准设定权重因子，通过信噪比SNR排除误差较大的卫星，其中GDOP值的计算公式为：式中，H为卫星观测矩阵，H
T
为H的转置矩阵,式中，a
xn
、a
yn
、a
zn
是从用户到第n颗卫星的单位偏移矢量的方向余弦,可表示如下：是从用户到第n颗卫星的单位偏移矢量的方向余弦,可表示如下：是从用户到第n颗卫星的单位偏移矢量的方向余弦,可表示如下：式中，x
n
、y
n
、z
n
分别表示第n颗卫星的x、y、z坐标；分别表示卫星接收机的概略位置的坐标，SNR的计算公式为：SNR＝CN0‑
BW式中，CN0为载波噪声密度，由卫星导航电文给出；BW为卫星接收机的前端滤波器带宽；且在信噪比SNR低于设定阈值时，权重因子设为0；对上述GDOP值和信噪比SNR做归一化处理，得GDOP
nor
∈(0，1)、SNR
nor
∈(0，1)；
设R值为衡量选星效果的指示值，按照不同GDOP星座组合求取R值：式中，n为该星座组合中卫星数目，C
G
、C
S
分别为常系数因子，且满足以下关系：C
G
>C
S
，C
G
+C
S
＝1；R越大，则选星效果越好，反之，R越小，选星效果越差；根据计算的R为所有星座组合进行排序，选择R值最大的星座组合。3.如权利要求2所述的一种卫星导航实时定位中的选星方法，其特征在于：在三维环境下，GDOP值的取值范围是：式中，n为星座组合中卫星数目；当卫星数目n为4颗时，该GDOP值最小可取1.5811；在GDOP≥8时，舍弃该星...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨德森，姜文娟，闫照东，徐礼成，管延刚，肖杨，
申请(专利权)人：山东五征集团有限公司，
类型：发明
国别省市：