一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114690210A(43)申请公布日2022.07.01(21)申请号202210401175.8(22)申请日2022.04.18(71)申请人山东大学地址250000山东省济南市山大南路27号(72)发明人聂文锋刘筱琪方震龙徐天河(74)专利代理机构北京智行阳光知识产权代理事务所(普通合伙)11738专利代理师庞茂川(51)Int.Cl.G01S19/20(2010.01)G01S19/27(2010.01)G01S19/37(2010.01)G01S19/33(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法(57)摘要本发明公开了一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，包括如下操作步骤：首先通过文件或者网络获取单台GNSS静态测站观测值和广播星历；其次进行数据预处理和误差改正；然后建立多普勒频移测速模型，求解接收机三维速度；再构建北斗卫星轨道机动时间判别因子和机动卫星判别因子；最后确定卫星轨道机动的时刻及卫星PRN号。该方法仅利用单台GNSS静态接收机，使用多普勒观测值进行卫星机动探测，不需要复杂的轨道力模型，具有精度高，计算量小，成本低等优势，可以快捷的探测卫星轨道机动，十分方便用户使用。CN114690210ACN114690210A权利要求书1/2页1.一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，其特征在于：包括如下操作步骤：S1：原始数据获取,通过文件或者网络获取单台GNSS静态测站的观测值和广播星历；S2：数据预处理，包括北斗卫星坐标计算，以及提取出观测文件中的多普勒观测值；S3：对多普勒观测值进行误差改正，包括卫星钟差、电离层误差和对流层误差；S4：构建多普勒频移测速模型，并求解接收机三维速度；S5：构建卫星轨道机动时间判别因子；S6：构建卫星轨道机动卫星判别因子；S7：根据时间判别因子和卫星判别因子，确定轨道机动的时刻及卫星PRN号。2.根据权利要求1所述的一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，其特征在于：所述步骤S4的具体方法是，多普勒频移测速的原理是基于接收机到卫星之间的距离变化来确定接收机的运动速度，多普勒测速的数学模型可以表示为：式中，为k时刻卫星与接收机之间的多普勒频移，ds(k)为卫星在sk时刻的多普勒观测值，λ为相应频率的波长，v(k)为卫星在k时刻的运动速度，vr(k)为接收机在k时刻的运动速度，ei(k)为k时刻接收机与卫星连线的方向余弦；b'为接收机钟差变化率，εi包含卫星钟差、电离层误差、对流层变化引起的误差项；采用最小二乘法对多普勒频移测速参数进行估计：其中V为观测残差，A为待估参数的系数矩阵，为待估参数，L为经校正后的观测向量。3.根据权利要求2所述的一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，其特征在于：所述步骤S5的具体方法是：利用观测残差的STD来构建卫星轨道机动时间的判别因子：SM＝STD‑3Shealthy(3)其中SM是时间判别因子，Shealthy是由健康期观测残差的STD来确定的经验阈值，当SM大于0且持续5分钟及以上时，则认为对应的时刻为卫星轨道机动的开始时刻。4.根据权利要求3所述的一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，其特征在于：所述步骤S6的具体方法是：采用矩阵L来构建卫星判别因子，进而探测机动卫星的PRN号，由公式(1)可知，L矩阵可以由下式计算：在轨道机动期间，广播星历中的轨道参数将不再正确，用这些参数计算出的L会产生严重的误差，因此，它可以用来探测哪个卫星正在发生机动，由于L矩阵中包含了接收机钟差变化率，而接收机的初始钟差是未知的，为了消除接收机钟差变化率的影响，可以引入不同卫星直接的单差,那么，新的L可以构建为：Lk，j＝|Lk‑Lj|(5)其中，Lk,j是由卫星k和参考卫星j之间的星间单差所计算出来的新的卫星判别因子，||为绝对值，选定的参考卫星j应该是处于正常、健康状态的，当所选择的参考卫星j存在异常或轨道机动时，由上述方法计算出的所有Lk,j值都会出现跳变，同时数值也会产生异常。5.根据权利要求4所述的一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法，其特征在2CN114690210A权利要求书2/2页于：所述步骤S7的具体方法是：根据公式(1)及高度角相关的随机模型进行最小二乘参数估计，获取各历元的观测残差，根据公式(3)及公式(5)定义的两种判别因子，确定轨道机动开始时刻和机动卫星的PRN号。3CN114690210A说明书1/5页一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法技术领域[0001]本发明涉及卫星机动探测技术领域，具体而言，涉及一种基于多普勒观测值的北斗卫星机动探测方法。背景技术[0002]由于地