太阳城集团

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基于多模GNSS接收机的可见卫星快速选择方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410158310.6

申请日:

2014.04.18

公开号:

太阳城集团CN103954982A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01S 19/28申请公布日:20140730|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 19/28申请日:20140418|||公开
IPC分类号: G01S19/28(2010.01)I 主分类号: G01S19/28
申请人: 中国人民解放军国防科学技术大学
发明人: 何晓峰; 唐康华; 李涛; 胡小平; 罗兵; 练军想; 吴文启; 王安成; 范晨; 冯春妮
地址: 410073 湖南省长沙市砚瓦池正街47号中国人民解放军国防科学技术大学三院
优先权:
专利代理机构: 湖南兆弘专利事务所 43008 代理人: 周长清
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201410158310.6

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.09.26|||2014.08.27|||2014.07.30

法律状态类型:

发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其步骤为:(1)计算当前多模GNSS接收机接收到所有可见卫星的仰角,剔除卫星仰角小于10度的卫星,得到可用的可见卫星集合S;(2)根据卫星的卫星位置和接收机概略位置太阳城集团,计算系数矩阵和权系数矩阵;(3)计算可见卫星集合S对应的GDOP值;(4)计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi,并按照贡献值△Gi从大到小排列构成集合SG;(5)当多模GNSS接收机需要选择N颗可见卫星进行导航定位时,选择集合SG中前面N颗卫星,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。本发明具有操作简便快速、实现简单、精度高、适用范围广等优点。

权利要求书

权利要求书
1.  一种基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其特征在于,步骤为:
(1)计算当前多模GNSS接收机接收到所有可见卫星的仰角,剔除卫星仰角小于10度的卫星,得到可用的可见卫星集合S;
(2)针对上述步骤(1)得到的可见卫星集合S,根据卫星的卫星位置和接收机概略位置太阳城集团,计算系数矩阵和权系数矩阵;
(3)计算可见卫星集合S对应的GDOP值;
(4)计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi,并按照贡献值△Gi从大到小排列构成集合SG;
(5)当多模GNSS接收机需要选择N颗可见卫星进行导航定位时,N大于1,选择集合SG中前面N颗卫星,即为GDOP最小的N颗可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。

2.  根据权利要求1所述的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其特征在于,所述步骤(1)中得到的可见卫星集合S为:
S={si|elvsi>100,1≤i≤M}
其中,si为第i颗可见卫星,elvsi为si卫星相对于接收机的仰角,M为可见卫星数目;
所述步骤(2)的具体流程为:
(2.1)可见卫星位置和接收机概略位置均为ECEF坐标系的矢量,第j颗可见卫星的位置为Xj=[xjyjzj]和接收机概略位置为X0=[x0y0z0],则系数矩阵A计算公式为:

其中,为接收机至卫星j观测向量的方向余弦,的具体计算公式为:
exj=x0-xj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
eyj=y0-yj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
ezj=z0-zj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
(2.2)权系数矩阵Q为:
Q=(ATA)-1。

3.  根据权利要求2所述的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其特征在于,所述步骤(3)中,根据权系数矩阵Q计算GDOP值的公式为:
GDOP=trace(Q)=trace((ATA)-1)]]>
其中,trace(Q)表示矩阵Q的迹,即为矩阵Q对角线元素之和。

4.  根据权利要求3所述的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其特征在于,所述步骤(4)的具体流程为:
(4.1)计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi:
ΔGi=GDOPM-1i-GDOPM]]>
其中,GDOPM为采用M颗可见卫星观测值计算得到的GDOP值,为采用M-1颗且不包含第i颗可见卫星计算得到的GDOP值;
(4.2)对M颗卫星的△Gi值,按照从大到小的顺序排列构成集合SG:
SG={si|△Gi≥△Gi-1,1≤i≤M}。

5.  根据权利要求4所述的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其特征在于,所述步骤(5)中,所选可见卫星集合为
SN={si|△Gi≥△Gi-1,(M-N+1)≤i≤M}
SN即为GDOP最小的N颗可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。

说明书

说明书基于多模GNSS接收机的可见卫星快速选择方法
技术领域
本发明主要涉及到卫星导航领域,特指一种基于多模GNSS接收机的可见卫星快速选择方法。
背景技术
随着全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satellite System)产业的蓬勃发展,各国对于GNSS日益重视。目前GNSS主要包括GPS、GLONASS、欧盟正在建设中的Galileo和中国的北斗卫星导航系统BDS(BeiDou Navigation Satellite System,也称为Compass)。GNSS产业的发展集中体现在包括海陆空天的各行各业都大规模采用GNSS接收机进行导航定位应用。
美国正在实施GPS现代化计划;俄罗斯为了恢复和提高GLONASS的导航定位能力正在进行技术革新和增加在轨卫星;我国的北斗卫星导航系统已开始为亚太地区提供导航定位服务;欧盟正稳步推进Galileo的建设。理论和实践表明,采用多模GNSS联合定位的性能在精度、可靠性、完好性等方面均优于采用单一GNSS系统定位的性能。从早期的GPS/GLONASS 双模接收机至现在的BDS/GPS/GLONASS三模接收机,到不远将来的BD/GPS/GLONASS/Galileo四模接收机,多模GNSS联合定位是现代卫星接收机的发展应用趋势。相对于单一GNSS定位而言,由于多模GNSS定位中可用卫星数目多且各GNSS系统体制、星座设计不同等因素的影响,可用卫星的选择方法(简称为选星方法)显得尤为重要。因此,选星已成为多模GNSS接收机联合定位的关键技术之一,是实现不同GNSS系统共同定位的粘合剂。
随着当前用户可以使用的导航卫星数目越来越多,多模GNSS的选星技术越来越受到国内外学者的关注,特别是BD/GPS联合定位的选星算法成为研究热点和重点。早期的GPS接收机由于受到硬件资源的限制,仅有4~6个信号接收通道,而在开阔环境中GPS一般可正常接收8~10颗卫星信号;因此,该技术中存在选星的问题。
随着微处理器与大规模集成电路的性能不断得到提高,包含几十甚至上百个信号跟踪通道的GPS接收机已成为现实,接收所有的可见卫星信号进行导航定位已不成为问题,因此对于单一GNSS选星技术的需求并不迫切,但针对GPS/GLONASS双模定位的选星方法研究较多。国内外学者主要是基于几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)最优的理论推导开展GPS/GLONASS选星算法研究。由于接收机对GPS和GLONASS卫星的观测误差不同,普遍采用加权GDOP的改进选星算法。卫星高度角很大程度上决定了观测误差大小, 因而许多研究者在改进选星算法的基础上综合考虑了卫星高度角对选星的影响。对于加权GDOP的权值确定,主要基于两种思路:一是综合利用经验公式和误差模型对于观测误差进行预测估计得到每颗卫星的权值;二是通过引入包括系统差异的随机模型来确定每颗/每类卫星的权值。
迄今为止,多模GNSS接收机可见卫星选择方法主要是采用经验法或近似方法设计选星方法,没有严格的数学理论推导依据,存在精度不高、计算复杂等不足,难以完全适用于多模GNSS接收机定位的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题,本发明提供一种操作简便快速、实现简单、精度高、适用范围广的基于多模GNSS接收机的可见卫星快速选择方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,其步骤为:
(1)计算当前多模GNSS接收机接收到所有可见卫星的仰角,剔除卫星仰角小于10度的卫星,得到可用的可见卫星集合S;
(2)针对上述步骤(1)得到的可见卫星集合S,根据卫星的卫星位置和接收机概略位置太阳城集团,计算系数矩阵和权系数矩阵;
(3)计算可见卫星集合S对应的GDOP值;
(4)计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi,并按照贡献值△Gi从大到小排列构成集合SG;
(5)当多模GNSS接收机需要选择N颗可见卫星进行导航定位时,N大于1,选择集合SG中前面N颗卫星,即为GDOP最小的N颗可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。
作为本发明的进一步改进:所述步骤(1)中得到的可见卫星集合S为:
S={si|elvsi>100,1≤i≤M}
其中,si为第i颗可见卫星,elvsi为si卫星相对于接收机的仰角,M为可见卫星数目;
所述步骤(2)的具体流程为:
(2.1)可见卫星位置和接收机概略位置均为ECEF坐标系的矢量,第j颗可见卫星的位置为Xj=[xjyjzj]和接收机概略位置为X0=[x0y0z0],则系数矩阵A计算公式为:

其中,为接收机至卫星j观测向量的方向余弦,的具体计算公式为:
exj=x0-xj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
eyj=y0-yj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
ezj=z0-zj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2]]>
(2.2)权系数矩阵Q为:
Q=(ATA)-1。
作为本发明的进一步改进:所述步骤(3)中,根据权系数矩阵Q计算GDOP值的公式为:
GDOP=trace(Q)=trace((ATA)-1)]]>
其中,trace(Q)表示矩阵Q的迹,即为矩阵Q对角线元素之和。
作为本发明的进一步改进:所述步骤(4)的具体流程为:
(4.1)计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi:
ΔGi=GDOPM-1i-GDOPM]]>
其中,GDOPM为采用M颗可见卫星观测值计算得到的GDOP值,为采用M-1颗且不包含第i颗可见卫星计算得到的GDOP值;
(4.2)对M颗卫星的△Gi值,按照从大到小的顺序排列构成集合SG:
SG={si|△Gi≥△Gi-1,1≤i≤M}。
作为本发明的进一步改进:所述步骤(5)中,所选可见卫星集合为
SN={si|△Gi≥△Gi-1,(M-N+1)≤i≤M}
SN即为GDOP最小的N颗可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1、本发明的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,具有计算简单、精度高和 应用领域广的优点,可广泛应用于提高海陆空天用多模GNSS导航接收机的定位精度和选星速度。
2、本发明的基于多模GNSS接收机的可用卫星快速选择方法,以每颗卫星对GDOP的贡献值大小为准则,适用于GPS/BDS等多模GNSS接收机,该方法同样适用于单系统GNSS接收机可见卫星的选择,从而拓展了该方法的适用领域。
附图说明
图1是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示,本发明的基于多模GNSS接收机的可见卫星快速选择方法,为:首先,通过剔除仰角小于10度的可见卫星,得到可用的可见卫星集合;然后,针对上述得到的可见卫星集合,根据卫星的卫星位置和接收机概略位置太阳城集团,计算系数矩阵和权系数矩阵,从而计算得到GDOP值;接着,计算每颗可见卫星对GDOP值的贡献值,并按照贡献值从大到小排列构成;最后,选择对GDOP值贡献值大的若干颗卫星,即为GDOP最小的可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星星座。
在具体的应用实例中,本发明的具体流程为:
1.计算多模GNSS接收机接收到的所有可见卫星的仰角,剔除卫星仰角小于10度的卫星,得到可用的可见卫星集合S为:
S={si|elvsi≥100,1≤i≤M}   (1)其中,si为第i颗可见卫星,elvsi为si卫星相对于接收机的仰角,M为可见卫星数目。对于BDS/GPS双模接收机而言,目前M不大于26,BDS/GPS/GLONASS三模接收机的M不大于40,未来BDS/GPS/GLONASS/Galileo四模接收机的M不大于52。
2.对上述步骤1得到的可见卫星集合S,根据卫星的卫星位置和接收机概略位置太阳城集团,计算系数矩阵和权系数矩阵。具体步骤如下:
2.1、可见卫星位置和接收机概略位置均为ECEF坐标系的矢量,第j颗可见卫星的位置为Xj=[xjyjzj]和接收机概略位置为X0=[x0y0z0],则系数矩阵A计算公式为:

其中,为接收机至卫星j观测向量的方向余弦,的具体计算公式为:
exj=x0-xj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2---(3)]]>
eyj=y0-yj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2---(4)]]>
ezj=z0-zj(x0-xj)2+(y0-yj)2+(z0-zj)2---(5)]]>
2.2、权系数矩阵Q为:
Q=(ATA)-1(6)
3.根据上述步骤2得到的权系数矩阵Q,计算GDOP值的公式为:
GDOP=trace(Q)=trace((ATA)-1)---(7)]]>
其中,trace(Q)表示矩阵Q的迹,即为矩阵Q对角线元素之和。
4.计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi,并按照△Gi从大到小排列构成集合SG。具体步骤如下:
4.1、计算每颗可见卫星对GDOP的贡献值△Gi
ΔGi=GDOPM-1i-GDOPM---(8)]]>
其中,GDOPM为采用M颗可见卫星观测值计算得到的GDOP值,为采用(M-1)颗且不包含第i颗可见卫星计算得到的GDOP值。
根据计算GDOP的单调性,则必然△Gi>0,而且△Gi越大,表明第i颗卫星对GDOPM的贡献越大,因而将△Gi的值作为第i颗卫星贡献重要性的衡量指标。
4.2、对M颗卫星的△Gi值,按照从大到小的顺序排列构成集合SG
SG={si|△Gi≥△Gi-1,1≤i≤M}   (9)
5.需要选择N(N≤M)颗可见卫星进行导航定位,则选择可见卫星集合SG中前面N颗卫星,即所选可见卫星集合为
SN={si|△Gi≥△Gi-1,(M-N+1)≤i≤M}   (10)
SN即为GDOP最小的N颗可见卫星组合,所对应的可见卫星子集即为选择的可用卫星 星座。
太阳城集团以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。

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