法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2022-04-08
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01S19/27 专利号:ZL2017102774689 申请日:20170425 授权公告日:20200117
专利权的终止
2020-01-17
授权
授权
2017-08-11
实质审查的生效 IPC(主分类):G01S19/27 申请日:20170425
实质审查的生效
2017-07-18
公开
公开
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域,具体涉及一种用于卫星导航的GLONASS历书参数估计方法。
背景技术
历书参数是卫星导航系统导航电文的重要组成部分,其在导航接收机信号捕获过程中起着十分重要的作用。在没有辅助信息的情况下,接收机根据历书参数估算卫星的概略位置和速度,复现可见卫星并进行搜索,避免漫天搜星。同时,根据卫星速度估算卫星相对接收机的概略多普勒频移,可在信号捕获阶段辅助频域搜索信号,大大缩短了卫星信号捕获时间,进而缩短了首次定位时间。因此,历书参数用户算法的简洁有效直接影响导航接收机信号捕获跟踪性能。然而,现有的GLONASS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航系统)历书参数估计方法未考虑卫星轨道半长轴变化率对卫星轨道的影响,导致历书估计参数对卫星位置速度的预报精度较低。本发明提出了一种高精度GLONASS历书参数估计方法,给出了详尽的计算步骤和具体的计算公式。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种用于卫星导航的GLONASS历书参数估计方法,能够快速拟合生成高精度的GLONASS历书参数,进而实现卫星导航中卫星位置速度的快速精确确定,为导航提供依据。
本发明的用于卫星导航的GLONASS历书参数估计方法,采用下式计算GLONASS历书参数中的卫星运行周期的变化率
其中,
进一步地,所述
其中,M为卫星轨道平近点角,μ为地球引力常数;Mλ0=Eλ0-esinEλ0,e为卫星轨道偏心率,
进一步地,采用牛顿迭代法迭代计算过升交点时间
其中,
初始值
当满足收敛条件|tλ(i+1)-tλi|<δ1时,结束迭代,其中δ1为任意小量。
进一步地,所述GLONASS历书参数估计包括如下步骤:
步骤1,建立GLONASS历书参数拟合算法模型;
其中,状态方程为:
观测方程为:
步骤2,对观测方程进行线性化处理,由最小二乘估值原理得到待估计状态参量的残差
步骤3,估计GLONASS历书参数:
采用牛顿迭代法迭代计算一天内卫星首次经过升交点的时间
计算卫星轨道倾角平均值的修正量
计算卫星轨道偏心率
计算卫星运行周期平均值的修正量
计算卫星轨道近地点角距
计算卫星过升交点时刻的卫星经度
计算卫星运行周期的变化率
由此,获得了GLONASS各历书参数。
有益效果:
(1)对比现有技术,本发明解决了现有技术中没有对GLONASS历书参数中的卫星运行周期的变化率进行估计的缺陷,提供了卫星运行周期的变化率的估计方法,使得本发明拟合的GLONASS历书参数更全面,且卫星运行周期的变化率的拟合公式简单,能够实现卫星导航中卫星位置速度的快速精确确定,为导航提供依据。
(2)拟合生成的GLONASS历书参数考虑了卫星轨道在摄动力情况下卫星轨道长半轴的变化影响,对卫星位置速度的预报精度更高。
(3)该方法可应用于GLONASS导航电文的生成,并可为导航定位系统历书参数设计提供参考依据。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种用于卫星导航的GLONASS历书参数估计方法,根据一定弧段(一般指GLONASS历书参数有效期)的卫星轨道数据,采用最小二乘估计的方法拟合得到一组基于卫星轨道六根数的轨道参数,然后根据卫星轨道参数的物理意义以及GLONASS历书参数的定义,由该组估计的轨道参数计算出GLONASS卫星由南向北过升交点时刻的卫星运动状态信息(由轨道根数表示)。
具体步骤包括:
步骤1,建立GLONASS历书参数拟合算法模型,状态方程和观测方程分别为:
状态方程:
观测方程:
待估计状态参量:
其中,
首先,对观测方程(式(2))进行线性化处理,得到:
其中,
由最小二乘估值原理可得
其中,上标T表示转置。
则第i次迭代后的广播星历参数估值为:
实际计算时,迭代过程迭代收敛条件如下:
其中,δ1和δ2为根据星历拟合精度设定的任意小量(一般取δ1=10-6,δ2=10-2),N为最大迭代次数(一般取N=30~50)。且
下面计算
由式(5)可知,
其中,测量矩阵
其中:
p=a(1-e2)(16)
n、r分别为卫星平均角速度标量和卫星位置标量。
状态转移矩阵
由此,可以估计出参考历元toa时刻的
步骤二,估计GLONASS历书参数,所述GLONASS历书参数如表1所示。
表1待估GLONASS历书参数
首先,计算卫星过升交点时刻的偏近点角Eλ。
根据轨道根数的定义,近地点角ω为卫星从升交点向近地点运行经过的角度,同时也是升交点相对于近地点角的真近点角的负值。因此,卫星在升交点处的偏近点角Eλ0为:
计算卫星过升交点时刻的平近点角Mλ0:
Mλ0=Eλ0-e>λ0(20)
计算卫星过升交点时刻的天内秒时间tλ0:
μ为地球引力常数。
以式(21)的结果为初值,采用牛顿迭代法迭代计算过升交点时间tλAn:
当满足迭代收敛条件式(24)时,结束迭代:
|tλ(i+1)-tλi|<δ1(24)
其中,δ1为任意小量(一般取δ1=10-6)。
用最后的第i+1次迭代的结果tλ(i+1)计算过升交点时间
基于步骤一和步骤二拟合所得
卫星轨道倾角平均值的修正量:
卫星轨道偏心率:
卫星运行周期平均值的修正量:
卫星轨道近地点角距:
卫星过升交点时刻的卫星经度:
卫星运行周期的变化率:
至此,就完成了由一组高精度卫星轨道数据拟合生成GLONASS历书参数的计算。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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