一种用于卫星导航信号模拟的星历和历书的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航技术领域，尤其设及一种用于卫星导航信号模拟的星历或历 书转换方法。
【背景技术】
[0002] 实时获取卫星的位置、速度和钟差修正量信息是卫星导航定位系统进行定位的前 提条件，而卫星的位置、速度和钟差修正量可W由卫星广播星历及相应的钟差修正参数计 算得到，因此，卫星星历及相应的时钟修正参数对于卫星导航系统是不可或缺的。广播星历 作为星历的一种，由卫星导航系统的地面运行控制中屯、站计算得到，由卫星W广播星历参 数的形式转发给用户，主要用于实时导航定位，其中包含6个轨道根数，星历参考时刻和9 个摄动改正参数。与广播星历相比，历书仅提供各卫星的基本轨道参数，历书参考时刻和两 个钟差改正数，因此，历书的精度较低，但有效时间大大增加。在卫星导航模拟中，星历与历 书参数的获取是十分重要的。目前，根据卫星轨道参数进行星历/历书拟合的算法已较为 完善，但星历/历书间相互转换的方法尚未被提出，在卫星导航模拟中，需要获取星历及历 书参数，用于仿真实际卫星信号。当采用外部导入的方式获取星历或历书时，若两者同时进 行导入，需要考虑有效时间的统一性，有时不便于实现，在该种情况下，可利用本方法进行 星历与历书的相互转换。本发明设及的是一种用于卫星导航模拟的星历/历书精确转换方 法。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明提供一种用于卫星导航信号模拟的星历或历书转换方 法，实现星历/历书参数的精确转换。
[0004] 本发明的用于卫星导航信号模拟的星历和历书的获取方法，应用于已知历书或星 历中的一个，在需要另一个时不通过采集卫星轨道信息直接获取，而通过二者之间的相互 转换获取；设A为已知项、B为未知项，当星历为A时，历书为B，当历书为A时，星历为B，所 述转换包括W下步骤：
[0005] 步骤1，利用m个时刻的已知项计算每个时刻的地固系中卫星位置；
[0006] 步骤2,建立状态方程X=X成，t。，t)和观测方程Y=Y〇(，t) =Y成，t。，t);
[0007] 其中，X为t时刻的B的参数矢量，X。为t。时刻的B的参数矢量，t。为星历参考时 间，Y为一个含有m个观测量的观测列矢量，m要大于或等于A的参数个数，m个观测量对应 于m个时刻的地固系中卫星位置；
[000引步骤3,Wy和H为中间量建立X。的最优估计而的表达式有=(HIH)IHly,利用 迭代的方式根据為=(H'H)iH'y获取每一次迭代的最优估计為，第i次迭代的最优估计 记为屯,。，并将私。作为Xi/。，根据Xi/尸X片1/。的关系获得X。；
[000引其中，y=Y-Y狂i/。，t。，t)
Xi/。为中间量，Xi/。为 第i次迭代的X。迭代初值；
[0010] 迭代的内容包括：
[00川第1次迭代时，初始值为Xi/。，根据為=(H'lH)IH'ly获得本次迭代Xi/。的最优估值 為/U;其中，Xi/。为设定值；
[001引第2次迭代时，初始值为X,,。=i,,。+X。。，并根据兩=(HTHTiHTy获得本次迭代 X2/CI的最优估值i;/。；
[001引第i次迭代时，初始值X,,。=i<,._l,,。+X(,._w。，并根据兩=(H'H)lH、'获得本次迭 代Xi/。的最优估值私。；若本次迭代满足I巧+1-巧I< €，则停止迭代运算； 巧
[0014] 其中，0i为第i次迭代的统计误差，e为根据精度要求设置的最小量；
[00巧]若第I次停止迭代，则将考/?和Xi/。代入X 1/。= X n-Xi/。获得X。；
[0016] 步骤4,将步骤3获得的X。作为B的参数矢量值，即为转换后的星历/历书参数。
【具体实施方式】
[0017] 卫星导航模拟中需要获取星历参数或历书参数，星历参数比较全面，从而准确性 高，但是其有效时间短；历书参数则数量比较少，从而准确性不高，但是其有效时间较长。 星历参数或历书参数各有其优点和缺点，需要根据卫星导航模拟的实际需求去获取目标参 数。现有技术中在已知一种参数而需要另一种参数时，需要采用外部导入的方式获取，导入 时需要考虑两种参数的有效时间的统一性，不便实现；也有可能外部存储的不全，导致不能 获取需要的参数。而且在模拟源发电文的时候也同时需要星历和历书，而由于某些原因可 能星历或历书获取不到，该时候只能通过多种采集方式去获取需要的星历或历书。正是基 于该种技术问题，本申请在已知参数的情况下，提出了本申请的技术方案根据已知参数转 换成需要的参数，方法简单、便于实现，而且准确性比较高。
[0018] 拟合星历或历书时，需要不同时刻的多组卫星轨道数据，因此，需要在历书或星历 有效时间内按照一定的时间间隔计算相应卫星轨道数据。
[0019] 当已知星历信息时，应当W星历参考时刻为基准，选取适当的时间间隔，计算星历 参考时刻前后一段时间内的卫星轨道数据信息。选取时间间隔时应当注意，为了使得拟合 结果更加精确，所计算的卫星轨道位置对应的时间需要包含历书参考时刻的值。为满足该 一要求，W美国的GPS(全球定位系统）为例，考虑到其星历每两小时更新一次，星历参考时 刻*。。（W秒为单位）为7200的整倍数，而历书的参考时刻t^(W秒为单位）为4096的整 倍数，为了使得所选取的卫星轨道数据包含t。。时刻的卫星轨道数据信息，所选取的时间间 隔（W秒为单位）应当为4096和7200的最小公因数或可被其最小公因数整除，具体实现 见步骤一。
[0020] 步骤一，根据已知的星历参数利用星历用户算法计算地固系中卫星位置，或根据 已知的历书参数利用历书用户算法计算地固系中卫星位置；
[0021] 步骤1、若A为星历，B为历书，则利用星历用户算法计算地固系中卫星位置：
[0022] 步骤101 ;计算星历参考时刻下的卫星平均角速度n。：
[0023]
(式1)
[0024] 其中，y为地球引力常数，A为轨道半长轴；对于不同的卫星导航系统，y需要对 应于不同的坐标系进行取值，在我国的北斗卫星导航系统中，y为CGCS2000坐标系的地球 引力常数，取值如式2所示；
[0027] 步骤102,利用步骤101获得的卫星平均角速度n。对星历参考时刻卫星平均角速 度进行修正，得到修正后的平均角速度n:
[0028]n=n〇+An (式巧
[0029] 其中，An为星历参数中公布的参数值；
[0030] 步骤103,计算当前时间t与星历参考时间t。。的时间差tk;
[0031] tk=t-t〇e (式 4)
[003引步骤104,利用星历参数中参考时间的平近点角M。、步骤102获得的修正后的平均 角速度nW及步骤103获得的时间差tk计算当前时间的平近点角Mk;
[0033] Mk=M〇+ntk (式6)
[0034] 步骤105,结合步骤104获得的平近点角Mk利用迭代的方法计算当前时间的偏近 点角Ek:
[003引Ek=Mk_esinEk (式 7)
[0036] 该迭代方法为现有技术，迭代公式为Ek(w)=Mk-esinEkw，迭代初始值Ek(i)给 定，如果当前Ekw不满足设定需求，则根据迭代公式求Ekuw，若Ekuw获得满足设定需求， 则停止迭代，当前Ekuw即为当前时间的偏近点角Ek。
[0037] 上式中的e为星历参数中的偏屯、率。
[003引步骤106,利用步骤105获得的偏近点角Ek计算当前时间的真近点角fk;
[0039]
[0040] 步骤107,利用步骤106获得的真近点角fk计算当前时间的绅度幅角巧^
[0041]
(式9)
[0042] 上式中的W为星历参数中的近地点幅角。
[0043] 步骤108,利用步骤107获得的绅度幅角&考虑二阶带谐项摄动对绅度幅角、卫星 矢径和轨道倾角进行改正，得到绅度幅角改正项5Uk、径向改正项5rkW及轨道倾角改正 项5ik如下式；
[0044]
[004引上式中的Cus、Cue分别为绅度幅角的正弦、余弦调和改正项的振幅，Crs、Cr。分别为 轨道半径的正弦、余弦调和改正项的振幅，Ck、分别为轨道倾角的正弦、余弦调和改正项 的振幅。
[0046] 步骤109,利用步骤108获得的绅度幅角改正项5Uk、径向改正项5rkW及轨道 倾角改正项5ik计算改正后的绅度幅角yk、卫星矢径町和轨道倾角ik;
[0047]
[0048] 上式中的IDOT为星历参数中的轨道倾角变化率，i。为星历中公布的轨道倾角。
[0049] 步骤110,利用步骤109获得的改正后的绅度幅角Uk、卫星矢径rk计算卫星在轨 道坐标系的坐标（x'k，y'k):
[0050] X' k二rkCos^k
[0051] y'k二rkSin^k(式 12)
[0052] 步骤111，利用步骤103获得的时间差tk计算观测时刻升交点的大地经度Qk;
[0053]
[0054] 上式中，Q。为星历参数中星历参考时刻的升交点赤经，a为星历参数中的升交点 赤经变化率，Qg为地球旋转速率，对于不同的卫星导航系统，Hg需要对应于不同的坐标系 进行取值，在我国的北斗卫星导航系统中，a为CGCS2000坐标系的地球旋转速率，取值如 式14所示。
[00 巧]
[005引步骤112,利用步骤109获得的轨道倾角ik、步骤110获得的卫星在轨道坐标系的 坐标（x'k，y'k)和步骤111获得的大地经度Qk计算地固系中卫星位置（Xk，