一种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法。该方法可从北斗、GPS双星座中，选择GDOP接近最优的6颗可见卫星进行定位解算。具体来说，该方法首先根据可见卫星的高度角，将卫星划分为高、中、低三类仰角区，然后根据卫星所处的仰角区，筛选出与卫星最佳几何分布最接近的四颗卫星，最后根据牛顿恒等式，从剩余可见卫星中依次筛选出使GDOP最小的第五颗和第六颗卫星。本发明专利技术选出卫星的GDOP十分接近最优值，且极大降低了选星运算量，可满足用户对卫星定位精确性、实时性和鲁棒性的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法。该方法可从北斗、GPS双星座中，选择GDOP接近最优的6颗可见卫星进行定位解算。具体来说，该方法首先根据可见卫星的高度角，将卫星划分为高、中、低三类仰角区，然后根据卫星所处的仰角区，筛选出与卫星最佳几何分布最接近的四颗卫星，最后根据牛顿恒等式，从剩余可见卫星中依次筛选出使GDOP最小的第五颗和第六颗卫星。本专利技术选出卫星的GDOP十分接近最优值，且极大降低了选星运算量，可满足用户对卫星定位精确性、实时性和鲁棒性的要求。【专利说明】—种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法
本专利技术属于北斗、GPS双星座导航系统中的选星方法领域。北斗、GPS双星座导航系统中，定位解算中提取的伪距信息存在卫星轨道误差、卫星钟差、电离层、对流层延迟、多路径效应、接收机钟差、观测误差、接收机天线相位中心误差等测量误差，⑶OP(GeometricDilution of Precision)为衡量接收机定位误差的重要参量，⑶OP越小,测量误差转化成的定位误差越小。
技术介绍
目前全球主要有美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS、欧洲的GaliIeo和中国的BD四大卫星导航系统。多系统导航定位接收机现已广泛应用于军事、航海、测绘、救援等多个领域。多系统接收机在定位精度、正直性、连续性、有效性等方面的性能明显优于单系统。在北斗、GPS双星座定位模式下，接收机可见卫星数量能达到18到25颗，传统最佳选星方法计算GDOP时运算量大、耗费时间长，给接收机造成较大负担，难以满足接收机实时性、连续性定位解算的要求。此时寻求一种计算量小且精度接近最优的选星方法成为一种技术需求。传统最佳选星方法中，接收机从N颗可见卫星中选择M颗进行定位解算，采用遍历方法以得到最优GD0P，计算公式为:GDOP=^trace((GTG)'')⑴其中G代表接收机至卫星的方向余弦矩阵，trace为矩阵求迹运算。求解最优⑶OP的过 程需要进行次(I)式运算，每次运算涉及到矩阵乘法、矩阵求逆、开方等复杂度较大的计算，且随着可见卫星数目的增多，运算量急剧增加。尽管此时最佳选星方法的计算结果最优，但其计算量巨大，难以满足接收机实时性、连续性的定位解算要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种简单易行的双星座快速选星方法。从多颗可见卫星中选择6颗用于定位解算的卫星，在牺牲少量GDOP的前提下，极大减小了运算量，且保证了定位精度，成功实现双星座快速选星。本专利技术提出的基于最优⑶OP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法，适用于北斗、GPS双星座导航系统，接收机根据所有可见卫星的高度角，将其划分为高仰角区、中仰角区、低仰角区，并结合最优GDOP和牛顿恒等式，可实现从18到25颗可见卫星中选择6颗用于定位解算，主要内容包含以下几个方面:1.最优⑶OP在北斗、GPS双星座导航系统中，当选择4颗卫星时，一颗卫星的高度角为90°，其余3颗卫星在低仰角区中高度角最小且方位角均匀分布时，此时选星结果最优。本专利技术首先基于最优⑶OP筛选出接近最佳几何分布的4颗卫星参与定位解算。2.牛顿恒等式利用双星座系统间时间同步信息，可实现北斗时与GPS时的同步，此时GDOP计算中，G为NX4维矩阵，其中N为用于定位解算的卫星数量(本专利技术中N=6)。利用牛顿恒等式可避免传统选星方法时计算GDOP过程中的矩阵求逆、矩阵乘法运算，从而缩短计算时间，且计算结果误差小于0.01 %。2.1选择4颗卫星时的⑶OP计算多项式我们规定EfeneyeueyeiseWl (I≤i≤j≤4),其中e"是G中的方向余弦向量，满足4 + e,22 + e,3 =1，计算4颗卫星⑶OP公式为【权利要求】1.一种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法，其特征包括以下四个步骤: 步骤A:根据可见卫星高度角，将卫星划分为高、中、低三个仰角区； 步骤B:根据卫星空间几何分布，分布从高、中、低仰角区中选择I颗卫星； 步骤c:从可见卫星中选择使当前⑶OP最优的第4颗卫星； 步骤D:根据牛顿恒等式，从剩余可见卫星中依次选出另外2颗使当前GDOP最优的卫星。2.根据权利要求1所述的双星座快速选星方法，其特征在于:步骤A按卫星高度角(65。?90。),(30°?65。)、(5。?30。)，将卫星依次划分为高仰角区、中仰角区和低仰角区。3.根据权利要求1所述的双星座快速选星方法，其特征在于:步骤B在高仰角区选择高度角最大的一颗卫星，在低仰角区选择高度角最小的一颗卫星，在中仰角区选择高度角最小且与第二颗卫星方位角相差60°以上的卫星。4.根据权利要求1所述的双星座快速选星方法，其特征在于:步骤c对中低仰角区卫星进行遍历，选择使GDOP最优的第四颗卫星。5.根据权利要求1所述的双星座快速选星方法，其特征在于:步骤D根据牛顿恒等式算法，从剩余可见卫星中依次选出另外2颗使当前⑶OP最优的卫星。【文档编号】G01S19/28GK103499822SQ201310479011【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日 【专利技术者】孟凡琛, 朱柏承, 张延东, 张晓迪 申请人:北京大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优GDOP和牛顿恒等式的双星座快速选星方法，其特征包括以下四个步骤：步骤A：根据可见卫星高度角，将卫星划分为高、中、低三个仰角区；步骤B：根据卫星空间几何分布，分布从高、中、低仰角区中选择1颗卫星；步骤c：从可见卫星中选择使当前GDOP最优的第4颗卫星；步骤D：根据牛顿恒等式，从剩余可见卫星中依次选出另外2颗使当前GDOP最优的卫星。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡琛，朱柏承，张延东，张晓迪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：