專利名稱：一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號源設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的選星方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號源可以為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的各項研究、仿真和測試提供可重復(fù)的模擬信號，是單、多模導(dǎo)航接收機開發(fā)與驗證的必備工具。同時，在不便于架設(shè)天線的環(huán)境中，如偏遠(yuǎn)山區(qū)和氣候惡劣的地區(qū)，信號源也可以保證導(dǎo)航終端的正常工作，大大降低了架設(shè)天線的建設(shè)成本和維護(hù)費用。為了降低信號源實現(xiàn)的成本，可以在所有可見衛(wèi)星中選擇滿足定位精度要求的若干顆衛(wèi)星，進(jìn)而僅僅模擬產(chǎn)生這幾顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號。這與衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收機在定位解算時的選星過程類似，因此，信號源在選星方面，可以借鑒現(xiàn)有的導(dǎo)航信號接收機的選星方法。專利號為200910086180. 9，公開號為CN101571581的中國發(fā)明專利公開了一種導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的快速選星方法，其步驟如下步驟1 配置參數(shù)根據(jù)定位需要和接收機性能以及組合衛(wèi)星個數(shù)，配置所需選取定位衛(wèi)星的最大數(shù)目和星座GDOP值的初步限制要求以及遮蔽角MA。步驟2 計算所有衛(wèi)星位置，獲取每顆的衛(wèi)星仰角El和方位角Az，并剔除仰角小于遮蔽角MA的衛(wèi)星，剩余的為可見星。通過衛(wèi)星星歷得到所有當(dāng)前可見衛(wèi)星的位置，并將屬于不同衛(wèi)星系統(tǒng)的各衛(wèi)星位置轉(zhuǎn)換至某一種選定的坐標(biāo)系中。衛(wèi)星仰角El的范圍為-90° 90°，方位角Az的范圍為0° 360°，不在此范圍內(nèi)的，應(yīng)按衛(wèi)星所在象限進(jìn)行修正。認(rèn)為衛(wèi)星俯仰角El大于等于遮蔽角MA即為可見衛(wèi)
星ο步驟3 對可見星按仰角分區(qū)在選星之前，將所有可見衛(wèi)星按仰角大小分為高仰角(75° <E1<90° )、中仰角^El ^ 75° )和低仰角(MA < El < 40° )三個區(qū)域。統(tǒng)計各區(qū)域中的可見衛(wèi)星數(shù)，高仰角衛(wèi)星數(shù)記為K0，中仰角衛(wèi)星數(shù)記為K1，低仰角衛(wèi)星數(shù)記為K2。步驟4:從所有可見衛(wèi)星中選擇仰角最大的一顆衛(wèi)星作為所選的第一顆衛(wèi)星Si。步驟5 根據(jù)高仰角衛(wèi)星數(shù)KO和衛(wèi)星Sl的仰角大小，判斷是否需要在高仰角衛(wèi)星區(qū)域中增選一顆衛(wèi)星。具體判斷方法如下如果衛(wèi)星Sl的仰角彡80°，不進(jìn)行增選；如果高仰角衛(wèi)星數(shù)KO ^ 1，不進(jìn)行增選；如果以上兩點均不滿足，且高仰角區(qū)域至少有1顆衛(wèi)星與衛(wèi)星Sl的方位角相差超過30°，則在高仰角區(qū)域選擇一顆與衛(wèi)星Sl方位角相差最大者作為所選2號衛(wèi)星S2，否則不進(jìn)行增選。步驟6 分別在中、低仰角衛(wèi)星區(qū)域中選星設(shè)定需要選取的中仰角區(qū)域最大衛(wèi)星數(shù)Kz和低仰角區(qū)域最大衛(wèi)星數(shù)Kd，對于單系統(tǒng)或雙系統(tǒng)，配置原則為Kz = Kd = 3。然后，根據(jù)每個區(qū)域的衛(wèi)星數(shù)，遵從方位角等距的原則(兩兩相鄰衛(wèi)星的方位角之差大小相等)，從中、低仰角衛(wèi)星區(qū)域選擇相應(yīng)數(shù)量的衛(wèi)星。注意，Si不計入該步驟的所選衛(wèi)星數(shù)。如果中仰角衛(wèi)星數(shù)Kl < Κζ，或者當(dāng)高仰角衛(wèi)星數(shù)KO = 0，且Kl <Κζ+1時，以優(yōu)先剔除仰角較大者為原則，剔除所有兩衛(wèi)星之間方位角之差與仰角之差的和小于30°中的一顆，其余衛(wèi)星全選。否則，先在中仰角區(qū)域中選出與最大仰角衛(wèi)星Sl方位角相差最接近30°的衛(wèi)星， 然后，以此衛(wèi)星為基礎(chǔ)，按需要選取中仰角衛(wèi)星數(shù)Κζ，將中仰角區(qū)域按方位角等距的原則分為Kz個區(qū)域，再在每個區(qū)域中選擇1顆衛(wèi)星方位角與該區(qū)域中心位置方位角之差最小的衛(wèi)
星ο如果低仰角衛(wèi)星數(shù)Κ2 ( Kd,以優(yōu)先剔除仰角較小者為原則，剔除所有兩衛(wèi)星之間方位角之差與仰角之差的和小于30°中的一顆，其余衛(wèi)星全選。否則，先在低仰角區(qū)域選出與最大仰角衛(wèi)星Sl的方位角之差最接近180°的一顆，然后，以此衛(wèi)星為基礎(chǔ)，按需要選取低仰角衛(wèi)星數(shù)Kd，將低仰角區(qū)域按方位角等距的原則分為Kd個區(qū)域，再在每個區(qū)域中選擇1顆衛(wèi)星方位角與該區(qū)域中心位置方位角之差最小的衛(wèi)星。步驟7 獲取⑶OP并判定其是否滿足要求根據(jù)選星結(jié)果，按照公式(1)計算⑶0P。
權(quán)利要求
1. 一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，包括如下所述的第一次選星步驟1)配置參數(shù)，確定需要模擬的衛(wèi)星數(shù)目NUM；2)獲取衛(wèi)星位置，計算所有衛(wèi)星的仰角El和方位角Az，去掉仰角小于遮蔽角MA的衛(wèi)星，剩余的為可見星；3)對可見星按仰角分區(qū)；4)從所有可見衛(wèi)星中選擇仰角最大的衛(wèi)星作為所選的第一顆衛(wèi)星Sl；5)根據(jù)高仰角衛(wèi)星數(shù)KO和衛(wèi)星Sl的仰角大小，判斷是否需要在高仰角衛(wèi)星區(qū)域中增選一顆衛(wèi)星；6)分別在中、低仰角衛(wèi)星區(qū)域中選星；7)獲取GDOP并判定其是否滿足要求，如果滿足要求，則輸出本次選星結(jié)果并結(jié)束本次選星，否則判斷已入選衛(wèi)星數(shù)是否小于需要模擬的衛(wèi)星數(shù)NUM，如果是，則進(jìn)入8)，否則進(jìn)入9)；8)在中仰角或者低仰角區(qū)域增選衛(wèi)星并返回7)；9)剔除衛(wèi)星；10)改選衛(wèi)星并返回7)；其特征是開始后續(xù)各次選星之前，先設(shè)定相鄰兩次選星的時間間隔及判別角DTA，然后每次選星依次按照如下步驟進(jìn)行步驟一計算當(dāng)前時刻所有衛(wèi)星位置，獲取每顆衛(wèi)星的仰角El和方位角ki并去掉仰角小于遮蔽角MA的衛(wèi)星，剩余的為可見星；步驟二 如果步驟一得到的可見衛(wèi)星數(shù)目大于所述需要模擬的衛(wèi)星數(shù)目NUM，轉(zhuǎn)入步驟三，否則將所有可見衛(wèi)星作為本次選星結(jié)果并轉(zhuǎn)入步驟八；步驟三將所有上次入選且本次可見的衛(wèi)星作為本次選星入選結(jié)果的一部分，判斷上次入選且本次可見的衛(wèi)星數(shù)目是否等于需要模擬的衛(wèi)星數(shù)目NUM，如果是，則轉(zhuǎn)入步驟四， 否則轉(zhuǎn)入步驟五；步驟四判斷上次入選且本次可見的衛(wèi)星中，仰角最小的一顆衛(wèi)星的仰角是否小于所述判別角DTA且小于上次選星時刻的該衛(wèi)星的仰角，如果是，則將該衛(wèi)星剔除并轉(zhuǎn)入步驟七；否則轉(zhuǎn)入步驟六；步驟五重復(fù)執(zhí)行所述第一次選星步驟中的在中仰角或者低仰角醫(yī)域增選衛(wèi)星步驟， 直至本次總的入選衛(wèi)星數(shù)目等于NUM，計算入選的NUM顆衛(wèi)星的⑶OP值，如果該⑶OP值未超過所述GDOP門限值，則將該NUM顆衛(wèi)星作為本次選星結(jié)果，轉(zhuǎn)到步驟八；如果該GDOP值超過了所述GDOP門限值，則首先以優(yōu)先剔除較大仰角衛(wèi)星的原則，在增選衛(wèi)星中剔除與所有入選衛(wèi)星兩兩方位角之差最小的那一顆衛(wèi)星，然后轉(zhuǎn)到步驟七；步驟六計算NUM顆衛(wèi)星的GDOP值，如果該GDOP值未超過所述GDOP門限值，則將該 NUM顆衛(wèi)星作為本次選星結(jié)果，轉(zhuǎn)到步驟八；如果該GDOP值超過了所述GDOP門限值，則首先執(zhí)行所述第一次選星步驟中的剔除衛(wèi)星步驟，然后轉(zhuǎn)到步驟七；步驟七將被剔除衛(wèi)星納入未入選衛(wèi)星集合中，按照優(yōu)先級由高到低對未入選的可見衛(wèi)星進(jìn)行排序，上升星的優(yōu)先級高于下降星，上升星中仰角小的衛(wèi)星優(yōu)先級高于仰角大的衛(wèi)星，下降星中仰角大的衛(wèi)星優(yōu)先級高于仰角小的衛(wèi)星；從優(yōu)先級最高的未入選衛(wèi)星開始， 將其逐個加入到已入選衛(wèi)星星座并計算⑶0P，找到第一個⑶OP值小于門限值的衛(wèi)星星座作為本次選星結(jié)果，若所有組合的GDOP值均超過門限值，則選擇GDOP最小的衛(wèi)星星座作為本次選星結(jié)果，然后轉(zhuǎn)到步驟八；下降星是指上次選星時刻的仰角大于本次選星時刻仰角的衛(wèi)星；上升星是指上次選星時刻的仰角小于本次選星時刻仰角或上次選星時刻不可見而本次選星時刻可見的衛(wèi)星；步驟八結(jié)束本次選星流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，其特征是 所述的第一次選星步驟中，在完成2、步后，先判斷可見星數(shù)目是否超過NUM顆，如果不超過 NUM顆，則直接將所有可見星作為第一次選星結(jié)果輸出，否則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)步驟；在完成6) 步以后，先判斷入選的衛(wèi)星數(shù)目是否不足NUM顆，如果是，則先重復(fù)執(zhí)行8)步中的增選衛(wèi)星步驟，直至入選的總衛(wèi)星數(shù)目達(dá)到NUM顆，然后判斷⑶OP是否滿足要求，否則直接判斷⑶OP 是否滿足要求，如果GDOP滿足要求，則將入選的NUM顆衛(wèi)星作為本次選星結(jié)果輸出，否則， 執(zhí)行所述的9)步剔除一顆衛(wèi)星，然后將其他未入選的可見星逐顆加入到已入選星中并計算其⑶0P，以⑶OP值最小的衛(wèi)星組合作為本次選星結(jié)果輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，其特征是所述相鄰兩次選星的時間間隔不超過30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，其特征是需要模擬的衛(wèi)星數(shù)目NUM，對于模擬產(chǎn)生一種導(dǎo)航衛(wèi)星信號的信號源而言，為6或7或8 顆，對于模擬產(chǎn)生兩種導(dǎo)航衛(wèi)星信號的信號源而言，為7或8或9顆。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，其特征是所述6)步分別在中、低仰角衛(wèi)星區(qū)域中選星時，選星的總數(shù)不超過NUM-2顆。
全文摘要
本發(fā)明披露了用于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)信號源的平滑選星方法，包括第一次選星步驟和后續(xù)選星步驟，在后續(xù)的各次選星步驟中，采取了“將上次入選且本次可見的衛(wèi)星作為本次入選衛(wèi)星”、“先增選滿NUM顆衛(wèi)星再判斷GDOP值”、“增選后如果需要改選，只改選新增選的衛(wèi)星”、等方法步驟，并且在后續(xù)選星時新引入了“上升星和下降星”的判定規(guī)則及其優(yōu)先級排序規(guī)則和相應(yīng)的處理流程。本方法減少了相鄰兩次選星結(jié)果中的變化衛(wèi)星數(shù)目，保持了選星結(jié)果的平滑性，在滿足定位精度要求的前提下，使得接收該信號源發(fā)出的導(dǎo)航信號的接收機在換星時刻的定位精度更好，基本不會出現(xiàn)短時間內(nèi)無法定位的現(xiàn)象。
文檔編號G01S19/28GK102540214SQ201210007948
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者李玉柏, 林靜然, 高鵬 申請人:電子科技大學(xué)