一種基於多系統衛星組合導航的選星方法與流程

2023-07-27 20:14:02 1

本發明屬於通信領域，涉及一種衛星組合導航的選星方法，尤其涉及一種基於多系統衛星組合導航的選星方法。

背景技術：

在接收機進行定位的過程中會經過選星，通常的選星方式例如GPS，從滿足定位解算的所有衛星中，選擇最佳幾何分布的4顆衛星，通過兩種方式來評價最佳幾何分布：

一種是遍歷所有4顆衛星組合方式，計算相應的GDOP(GeometricDilutionOfPrecision，星座幾何精度因子)值，選擇GDOP值最小的衛星組合；另一種是遍歷所有4顆衛星組合方式，計算相應的多面體的體積，選擇體積最大的衛星組合。中國專利CN103064092B公開了一種導航衛星的選擇方法，該方法以信號能量和星座布局GDOP值為衡量基準，通過設定接收信號能量閾值、GDOP閾值以及最大選星數，在選擇一定數量的高能量信號基礎上，選取次優GDOP的星座結構。採用該發明能雖夠在保證定位精度的同時，減少運算量，實現快速選星，降低工程上對多系統導航接收機通道數的要求，適用於接收機位於高軌且多衛星導航系統組合的場景中。

但上述組合方式存在的問題：1、該組合方式只適合單系統選星，由於各衛星系統鐘差和系統誤差不一致，不適用多系統選星；2、採用遍歷所有衛星組合的方式，計算量太大，特別是多系統的時候，該遍歷方式可能因為運算量大，計算時間長而無法滿足實時性要求。

技術實現要素：

本發明在於提供了一種基於多系統衛星組合導航的選星方法，以克服現有技術的誤差大、計算量大、不適用於多系統選星的不足。

為實現上述目的，本發明提供了一種基於多系統衛星組合導航的選星方法，包括以下步驟：

步驟1)：當參與解算衛星的數量大於所選衛星的數量時，則進入步驟2)；否則，進入滿天星解算；

步驟2)：按照衛星的仰角、方位角將空間劃分為n個分區，每個分區分別記為Mi，然後進行步驟3)；

步驟3)：若Mi分區存在衛星，則按照加權方式選擇權重最大的衛星；所述權重的計算方法為qselect＝qsys+qCNR，其中qselect為所選衛星的權重，qsys為所選衛星所在系統的權重，qCNR為所選衛星的載噪比的權重；若分區存在一顆權重最大衛星，則選擇該星，然後輪詢下一個分區，若分區存在兩顆以上相同權重衛星，則進行步驟4)，然後輪詢下一個分區；若分區無星，該分區選星標誌置為False，輪詢下一個分區，輪詢完所有分區則進行步驟5)；

步驟4)：根據Mi分區的中心點處的仰角和方位角對相同權重的衛星進行二級權重計算，選出權重最大的衛星，重複步驟3)，直至輪詢完所有分區；

步驟5)：若在Mi分區無衛星分布，則按照仰角、方位角分配權重，進行補星；待確定所有分區都有參與解算的衛星時進行步驟6)；

步驟6)：對步驟5)確定參與解算的所有衛星，進行定位解算。

優選的，所述步驟2)的具體步驟為根據衛星的仰角，劃分為高、中、低3個仰角分區；在所述3個分區的基礎上，根據衛星方位角，再劃分N個象限，共3*N個分區，其中1≤N≤6。

進一步的，所述步驟1)在12個分區選擇總共N顆衛星，4≤N≤16，滿足高、中、低分區衛星比1:1：1至1:1:4。

更進一步的，所述步驟1)在12個分區選擇總共16顆衛星，滿足高、中、低分區衛星比例1:1:2，即在執行完步驟5)後再對低區剩下的衛星執行一次步驟3)，並將選出的衛星加入到已選衛星的列表中。

優選的，所述步驟3)中的系統權重qsys包括qBD2、qGPS、qGLO，且qBD2＝1.0、qGPS＝0.5、qGLO＝0.2，其中qBD2代表北鬥第二代衛星導航系統的權重，qGPS代表全球衛星定位系統的權重，qGLO代表俄羅斯格洛納斯衛星導航系統的權重。

優選的，所述步驟3)中載噪比的權重的計算方法為：首先根據載噪比劃分不同的區間，確定區間係數：其中α為載噪比區間係數，CNR為所選衛星的載噪比；然後根據載噪比區間係數設置對應的權重：ω為所選衛星的載噪比權重。

優選的，所述步驟4)的二級權重的計算公式為：qsecond＝0.85*qElev+0.5*qAzm，其中為所選衛星的二級權重，所選衛星的仰角權重，為所選衛星的方位角權重。

優選的，所述步驟5)的補星權重的計算公式為：qrepair＝qselect+0.85*qElev+0.5*qAzm,,其中為所選衛星作為補星的權重，為所選補星的仰角權重，為所選補星的方位角權重。

優選的，所述步驟3)中某分區存在兩顆以上相同權重衛星，按照步驟4)所述的二級權重方法選出權重最大的衛星。

優選的，所述步驟4)或步驟5)中仰角權重的具體計算步驟為：先根據仰角劃分不

同的區間，

然後根據不同仰角區間係數設置對應的權重：

其中β為仰角區間係數，Elev為所選衛星的仰角，qElev所選衛星的仰角權重。

優選的，所述步驟4)或步驟5)中方位角權重的具體步驟為：首先根據方位角劃分不同的區間：

根據不同區間係數，設置不同的權重：，其中γ為方位角區間係數，Azm為方位角，為所選衛星的方位角權重。

本發明的有益效果是：

1.本專利提出的一種基於多系統衛星組合導航的選星方法，選擇合適的衛星參與定位解算用於多系統組合解算，從而降低解算的計算量，同時選擇的衛星具有較好的幾何分布，即保證衛星的組合的幾何精度因子(GDOP)較小，從而使定位解算的結果具有較小的誤差。

2.在多系統組合定位解算具有冗餘衛星的情況下，首先按仰角和方位角將空間劃分成若干個區域，依據每顆衛星的仰角和方位角對應到相應的區間中，在各個區間中按照衛星系統、載噪比進行組合權重計算，然後選擇組合權重最大的衛星。對於兩顆以上相同權重衛星，依據該分區每顆衛星距離分區中心的仰角夾角、方位角夾角計算二級組合權重，然後選擇其中二級組合權重最大的衛星。而對於沒有衛星的區間，採取臨近區間補星策略，按照衛星系統、載噪比、與該分區中心仰角夾角、與該分區中心方位角夾角的組合權重，選擇組合權重最大的衛星作為替補衛星，從而保證選擇參與解算的衛星具有較好的幾何分布，即較小的GDOP值，確保選星解算的精度。

附圖說明

圖1是本發明流程示意圖；

圖2是本發明選擇衛星組合的GDOP(幾何精度因子)與GLO系統的對比；

圖3是本發明選擇衛星組合定位結果與GLO系統的定位高程結果對比；

圖4是本發明選擇衛星組合GDOP(幾何精度因子)與GPS系統的對比；

圖5是本發明選擇衛星組合定位結果與GPS系統的定位高程結果對比；

圖6是本發明選擇衛星組合GDOP(幾何精度因子)與BD2系統的對比；

圖7是本發明選擇衛星組合定位結果與GPS系統的定位高程結果對比。

具體實施方式

為了更好的理解本發明所提出的技術方案，下面結合附圖和具體的實施例對本發明作進一步闡述。

如圖1所示，一種基於多系統衛星組合導航的選星方法，包括以下步驟：

步驟1)：當參與解算衛星的數量大於所選衛星的數量；否則，進入滿天星解算；

步驟2)：按照衛星的仰角、方位角將空間劃分為n個分區，每個分區分別記為Mi，然後進行步驟3)；

步驟3)：若Mi分區存在衛星，則按照加權方式選擇權重最大的衛星；所述權重的計算方法為qselect＝qsys+qCNR，其中qselect為所選衛星的權重，qsys為所選衛星所在系統的權重，qCNR為所選衛星的載噪比的權重；若分區存在一顆權重最大衛星，則選擇該星，輪詢下一個分區；若分區存在兩顆以上相同權重衛星，則進行步驟4)，然後輪詢下一個分區；若分區無星，該分區選星標誌置False，輪詢下一個分區，輪詢完所有分區則進行步驟5)；

步驟4)：根據Mi分區的中心點處的仰角和方位角對相同權重的衛星進行二級權重計算，選出權重最大的衛星，重複步驟3)，直至輪詢完所有分區；

步驟5)：待確定所有分區都有參與解算的衛星時進行步驟6)；若在Mi分區無衛星分布，則按照仰角、方位角分配權重，進行補星；

步驟6)：對步驟5)確定參與解算的所有衛星，進行定位解算。

下面結合具體的實施例對本發明做進一步的闡述。

步驟1：根據待選衛星的仰角，將空間劃分為高、中、低3個仰角分區。

步驟2：在步驟1的基礎上，根據衛星方位角，劃分N個象限，共3*N個分區，其中1≤N≤6。在本發明的一個實施例中將空間劃分4個象限，共12個分區。需要說明的是，可以根據接收機的運算能力，對分區數進行調整，此處以12個分區為例，對後續步驟進行說明。

步驟3：在步驟1、步驟2基礎上，根據系統(BD2、GPS、GLONASS)、載噪比分別設置相應權重qSYS、qCNR，從而得到每顆衛星的綜合權重qselect＝qsys+qCNR。若分區存在一顆權重最大衛星，則選擇該星，輪詢下一個分區；若分區存在兩顆以上相同權重衛星，則進行步驟4選星，然後輪詢下一個分區；若分區無星，該分區選星標誌置False，輪詢下一個分區。輪詢完所有分區則進行步驟5)。其中：

(1)系統權重:qsys包括qBD2、qGPS、qGLO，且qBD2＝1.0、qGPS＝0.5、qGLO＝0.2，其中qBD2代表北鬥第二代衛星導航系統的權重，qGPS代表全球衛星定位系統的權重，qGLO代表俄羅斯格洛納斯衛星導航系統的權重。

(2)載噪比權重：

首先根據載噪比劃分不同的區間：

根據不同區間值，設置不同的權重：

步驟4：在步驟1、步驟2、步驟3的基礎上，從12個分區判斷，若分區存在衛星，按步驟3中設置權重選擇綜合權重最大的衛星到定位衛星列表，然後輪詢每個分區，若分區存在相同權重衛星，則轉步驟5；否則，輪詢所有分區，分區選擇可用星置選星標誌SelectAll[i]＝True，若分區無星，設置選星標誌SelectAll[i]＝False，其中i對應於分區的序號，若輪詢完所有分區，轉步驟6。當然選星標誌不僅局限於此一種方式。

步驟5：若分區存在兩顆以上相同權重衛星，則計算二級權重：qsecond＝0.85*qElev+0.5*qAzm，，選擇二級權重最大的衛星，並置選星標誌SelectAll[i]＝True，轉步驟4，至輪詢完所有分區。其中：

(1)仰角權重：

先根據仰角劃分不同的區間，

然後根據不同仰角區間係數設置對應的權重：

其中β為仰角區間係數，Elev為所選衛星的仰角，qElev所選衛星的仰角權重。

(2)方位角權重：

首先根據方位角劃分不同的區間：

根據不同方位角區間係數，設置不同的權重：其中γ為方位角區間係數，Azm為方位角，qAzm為所選衛星的方位角權重。

分區輪詢完之後，對所有置False的分區進行輪詢：先進行正常輪詢分區，如果分區存在衛星則選擇該星，若分區無衛星，則先將該區選星標誌置為False，再輪詢所有分區之後，再對所有置False的分區分別進行補星處理。計算所有未被選中衛星的補星權重qRepair＝qSelect+0.85*qElev+0.5*qAzm，其中qrepair為所選衛星作為補星的權重，qElev為所選補星的仰角權重，qAzm為所選補星的方位角權重，選擇權重最大的衛星，設置選星標誌SelectAll[i]＝True，執行步驟6。

需要說明的是，此處補星是針對分區內找不到衛星的情況，按照衛星系統、載噪比、與該分區中心仰角夾角、與鄰近分區中心方位角夾角的組合權重，選擇組合權重最大的衛星作為替補衛星，從而保證所選衛星具有較好的幾何分布，即較小的GDOP值，確保選星解算的精度。

為滿足較小的GDOP值，確保選星解算的精度和較小的運算量，在本發明的一個實施例中，在12個分區選擇總共16顆衛星，滿足高、中、低分區衛星比例1:1:2，即在執行步驟5)後再對低區剩下的衛星執行一次步驟3)，並將選出的衛星加入到已選衛星的列表中。

步驟6：按步驟5確定參與解算的所有衛星，進行定位解算。

如圖2至圖7所示，選用本發明的多系統衛星組合的方法的GDOP值低於單一GLO、GPS、BD2系統，定位高程也優於各單系統。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何限制。