低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106772502A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611115169.7(22)申请日2016.12.07(71)申请人中国电子科技集团公司第五十四研究所地址050081河北省石家庄市中山西路589号第五十四所导航部(72)发明人邓志鑫范广伟何成龙(74)专利代理机构河北东尚律师事务所13124代理人王文庆(51)Int.Cl.G01S19/42(2010.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法(57)摘要本发明公开了一种低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，该方法是一种可适用于任意可见星数目条件下的大区域网格搜索粗定位与牛顿最小二乘迭代计算相结合的多普勒定位解算方法。本发明主要包含如下三个方面：一、通过灵活选择定位解算观测量使本方法适合于多种可见星观测条件；二、通过大区域网格搜索方法实现了牛顿最小二乘迭代定位解算方法的位置初值确定；三、采用牛顿最小二乘迭代计算法实现多普勒定位解算，并通过去除野值后的多历元定位解算结果平滑方法进一步提升定位精度。本发明能够实现多种不同低轨可见星数量条件下的大区域范围高精度多普勒定位解算，并具有较低运算量和较高的定位精度。CN106772502ACN106772502A权利要求书1/3页1.低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，该方法利用一颗或多颗低轨导航卫星的多普勒观测信息及实时星历信息实现地面静态或低动态用户定位解算，其特征在于包括以下步骤：步骤1：依据不同的用户可见卫星数量获取定位解算所需的同一时刻或不同时刻的卫星三维位置、三维速度和多普勒频率观测量；步骤2：依据卫星三维位置、三维速度和多普勒频率观测量计算多普勒定位残差值，并进行大区域网格搜索，实现用户粗定位；步骤3：将粗定位结果作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代多普勒定位解算方法进行多组历元定位结果的精确计算；步骤4：对多组历元定位精确计算结果去除野值并进行平滑，得到精确的定位解算结果。2.根据权利要求1所述的低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，其特征在于，步骤1具体为：如果用户可见低轨卫星数量大于或等于3，则将每颗低轨卫星当前时刻的单历元卫星三维位置、三维速度和多普勒频率作为本次定位解算观测量；如果用户可见低轨卫星数量等于2，则将每颗低轨卫星当前时刻及当前时刻前Δt时刻的双历元卫星三维位置、三维速度和多普勒频率作为本次定位解算观测量，如果用户可见低轨卫星数量等于1，则将该颗低轨卫星当前时刻、当前时刻前Δt时刻以及当前时刻前2Δt时刻的三历元卫星三维位置、三维速度和多普勒频率作为本次定位解算观测量，其中Δt为用户对某颗低轨卫星的连续观测时间。3.根据权利要求1所述的低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：(201)将低轨卫星备份导航系统的服务范围按照经纬度划分为等间距的网格；(202)将每个网格点的经度、纬度和高度坐标转化为地心地固坐标，根据卫星三维位置、三维速度和多普勒频率计算每个网格点的多普勒定位残差值Y；多普勒定位残差值Y的计算公式为：其中，[x(j),y(j),z(j)]T为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的三维位置坐标，m＝1～3，jTT＝1～n,n≥3；[xk,yk,zk]为第k个网格点的地心地固坐标，[Vxj,Vyj,Vzj]为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的三维速度，f0为低轨卫星信号的载波频率，fdj为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的多普勒观测值，C为光速；r(j)为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的三维位置与网格点坐标的观测距离；2CN106772502A权利要求书2/3页(203)找出多普勒定位残差值Y的2-范数最小的网格点坐标即为用户粗定位结果。4.根据权利要求3所述的低轨卫星备份导航系统多普勒定位解算方法，其特征在于，步骤3中具体包括以下步骤：(301)将粗定位结果作为迭代初值，每组历元中每个观测时刻的定位解算结果由牛顿最小二乘迭代过程获得，其计算公式为：TTT[xi+1,yi+1,zi+1]＝[xi,yi,zi]+[Δxi+1,Δyi+1,Δzi+1]TT其中[xi,yi,zi]为迭代初值，[xi+1,yi+1,zi+1]为第i+1次迭代后的定位解算结果；[ΔTxi+1,Δyi+1,Δzi+1]为第i+1次迭代的定位结果修正量，并有：TT-1T[Δxi+1,Δyi+1,Δzi+1]＝(G×G)×G×Y其中其中，[x(j),y(j),z(j)]T为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的三维位置坐标，m＝1～3，jT＝1～n,n≥3；[Vxj,Vyj,Vzj]为第m个观测时刻下第j颗低轨卫星的三维速度，f0为低轨卫星(j)信号