一种glonass卫星轨道计算方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS),具体地，设及一种支持化0NASS卫 星轨道计算方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着化0NASS现代化进程的不断推进，截至2011年12月8日，GLONASS在轨工作卫星 达24颗，已恢复系统完全运行能力。GPS系统在全球范围实时提供全天候定位定时服务，随 着化0NASS系统的修复和完善，GPS/北斗/GLONASS多模组合导航定位得到了越来越广泛使 用，多模定位增加了观测卫星数目，改善了卫星几何分布结构，提高了定位的精度和可用 性，因此对化0NASS系统的研究，具有非常重要的使用价值。与GI^和北斗系统不同，GLONASS 卫星轨道计算由于卫星广播星历的不同，可W采用欧拉法、龙格-库塔法及阿达姆斯法等， 研究人员也一直不断研究各种方法来提高化0NASS卫星轨道计算的精度，如清华大学提出 的用轨道积分方法来精确计算化0NASS卫星坐标的公式，东南大学提出的自动积分步长的 化0NASS卫星轨道龙格库塔法，运些方法都很好地提高了化0NASS卫星轨道的计算精度和减 少计算的时间和空间复杂度。
[0003] 由于关于化0NASS卫星坐标计算的四阶龙格库塔法可W得到很好的精度，因此在 很长一段时间内得到很广泛的应用。随着导航定位需求的不断发展，涌现出来的各种不同 类型的定位接收机和用户终端，导航定位对快速定位的要求越来越高，而且小型化导航忍 片的不断发展需要减少忍片算法运算量来减少定位时间和降低忍片功耗。基于传统的四阶 龙格库塔法对化0NASS卫星进行轨道计算是每次从卫星广播的参考时间进行轨道积分，由 于化0NASS卫星的星历是在星历参考时间的±15分钟内有效，当定位系统进入有效时间段 时，龙格库塔积分需要W固定步长，通常是60秒，从星历参考时间，积分到星历参考时间-15 分钟，（经过15步长）；在下一个历元，通常是在一秒钟后，传统方法又从同样的星历参考时 间起，积分到新历元时间，（还是15步长）。因此需要较长的积分时间，并且随着积分时间的 增大计算量也越大，占用CPU大量的资源，不符合高速发展高效定位的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种简单了积分过程和减少了 积分时间，而且很大程度上节省接收机的资源调用的GLONASS卫星轨道计算方法。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的：
[0006] -种GLONASS卫星轨道计算方法，包括W下步骤：
[0007] S1:捕获化0NASS卫星广播信号，并转换成可用的化0NASS卫星数据，将化0NASS卫 星数据传送至时间判断模块；
[000引S2:时间判断模块首先判断化0NASS卫星数据中的卫星参考时间tb是否与上一历 元有所改变，如果判断发生参考时间tb改变，更新参考时间tb和卫星定位数据，执行步骤S3， 否则，保留原来的数据，执行步骤S4;
[0009] S3 :时间判断模块选择将化ONASS卫星数据传送至化ONASS步长积分轨道计算模 块，GLONASS步长积分轨道计算模块经过多次龙格库塔法积分计算出GLONASS卫星位置和速 度；
[0010] S4:时间判断模块比较卫星参考时间和卫星发射时间的大小，如果当前时间大于 卫星参考时间并且当前时间与卫星参考时间差在一个采样历元间隔时，用化0NASS步长积 分轨道计算模块重新校正化0NASS卫星位置和速度，否则，选择化0NASS高效轨道计算模块 计算GLONASS卫星轨道，经一次龙格库塔法积分计算出GLONASS卫星位置和速度。
[0011] 具体的，所述步骤S3的具体步骤为：
[0012] 化0NASS步长积分轨道计算模块运用四阶龙格库塔法从卫星参考时间tb时刻开始 积分，其中，初始位置为卫星数据中参考时刻tb的参考坐标、速度和加速度，经过多次累积 积分后，得到GLONASS卫星在当前历元的位置和速度，最终输出卫星位置和速度值。
[0013] 具体的，所述步骤S4的具体步骤为：
[0014] S401:经过时间判断模块第一次判断参考时间tb没有发生改变之后，时间判断模 块再次判断化0NASS卫星参考时间tb与化0NASS卫星星历发射时间tcurrent之间的差值是否小 于确定好的历元间间隔，即判断tcurrent-tb<T，如果是，则执行步骤S402;否则，执行步骤 S403；
[0015] S402:经过一预设时间的化0NASS卫星轨道计算之后，累积了该预设时间内的误 差，用星历参考值来重新校正卫星积分轨道；
[0016] S403:GL0NASS高效轨道计算模块运用四阶龙格库塔法从上一历元开始积分，积分 的初始时间为上一历元的卫星星历发射时间，初始位置为上一历元化0NASS卫星轨道计算 后所得的卫星位置、速度W及星历中的加速度，一次积分后得到化0NASS卫星在当前历元的 位置和速度，最终输出卫星位置和速度值。
[0017] 具体的，所述步骤S402的具体操作为：
[0018] GLONASS步长积分轨道计算模块运用四阶龙格库塔法从参考时间tb时刻开始积 分，初始位置为卫星数据中参考时刻tb的参考坐标、速度和加速度，经过多次累积积分后， 得到GLONASS卫星在当前历元的位置和速度，最终输出卫星位置和速度值。
[0019] 在一种优选的方案中，所述GLONASS步长积分轨道计算模块是基于四阶龙格库塔 积分法，根据化0NASS卫星运动微分方程式，由参考时刻tb到卫星当前时刻tcurrent的多次积 分，其中GLONASS卫星运动微分方程式为：
[0025]
[00%] 其中（x，y，z)分别为卫星位置，（dx，dy，dz)分别为卫星速度，r为卫星与地球中屯、 的几何距离，4为地球扁率的二阶带谐系数，a、、μ为PZ-90坐标系所采用的基本大地参 数。
[0027]在一种优选的方案中，所述GLONASS高效轨道计算模块是基于四阶龙格库塔积分 法，根据化0NASS卫星运动方程式，由上一历元化0NASS卫星解算位置和速度的时间tcurrent-T到当前GLONASS卫星当前时刻tcurrent的一次积分。其中积分过程为：
[0033] 其中向量Xi=[x，y，z，dx，dy，dz]，Xi-l则为上一历元的卫星的位置和速度向量，Yl、 Υ2、Υ3、Υ4为计算过程的值。
[0034] 由于化0NASS高效轨道计算模块只有一次积分过程，所W求解卫星位置和速度过 程非常高效，不仅节省很多时间，而且节省了CPU大量资源。
[0035] 在一种优选的方案中，所述方法适用于所有使用化0NASS系统进行定位的接收机 和用户终端。
[0036] 基于同一构思，本发明还提供一种GLONASS卫星轨道计算的系统，包括：
[0037] 定位接收机，捕获化0NASS卫星广播信号，并将跟踪到的化0NASS卫星广播信号转 换为可用的GLONASS卫星数据；
[003引时间判断模块，接收化0NASS卫星数据，判断化0NASS卫星数据中的卫星参考时间 的改变量，并根据该改变量更新或保留参考时间和卫星定位数据；
[0039] GLONASS步长积分轨道计算模块，接收更新的参考时间和卫星定位数据，经过多次 龙格库塔法积分计算并输出GLONASS卫星位置和速度值；
[0040] GLONASS高效轨道计算模块，接收保留的参考时间和卫星定位数据，经一次龙格库 塔法积分计算并输出GLONASS卫星位置和速度，
[0041] 所述定位接收机与时间判断模块连接，所述时间判断模块分别与化0NASS步长积 分轨道计算模块及GLONASS高效轨道计算模块连接。
[0042] 本发明提出的化0NASS高效轨道计算方法，最大程度上减少接收机运算时间的同 时，还能明显地节省接收机CPU运算资源。本发明将基于所有涵括化0NASS卫星定位的接收 机。本方法在化0NASS卫星广播星历改变的第一历元调用化0NASS步长积分轨道计算模块从 广播的参考时间进行轨道积分，从第二历元起基于上一历元轨道计算调用化0NASS高效轨 道计算模块，可W-次积分得到卫星位置和速度；当卫星发射时间到达参考时间时，重新运 用化0NASS步长积分轨道计算模块校正卫星轨道，下一历元继续使用GLONASS高效轨道计算 模快求解卫星轨道的位置和速度。
[0043] 本发明相比现有技术具有W下优点及有益效果：
[0044] 与现有技术相比，本发明基于四阶龙格库塔积分法在上一历元的化0NASS卫星位 置和速度的基础上，计算当前历元的化0NASS卫星位置和速度，只需要一次积分就可W得到 结果，大大简单了积分过程和减少了积分时间，而且很大程度上节省了接收机的资源调用。
【附图说明】
[0045] 图1是本发明的GLONASS卫星轨道计算系统的整体框架图。
[0046] 图2是本发明GLONASS高效轨道计算方法的方法流程图。
[0047] 图3是本发明GLONASS高效轨道计算方法的说明图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0049] 实施例
[0050] 如图1，本发明所述的一种化0NASS高效轨道计算系统，主要有4个组成部分：定位 接收机、时间判断模块、GLONASS步长积分轨道计算模块和化0NASS高效轨道计算模块。时间 判断模块具有判断化0NASS卫星广播星历参考时间是否改变W及比较参考时间和卫星当前 时间值的功能。当卫星参考时间改变时，时间判断模块选择化0NASS步长积分轨道计算模 块，经过多次龙格库塔法积分计算出化0NASS卫星位置和速度；当卫星参考时间不改变时， 时间判断模快比较卫星参考时间和卫星发射时间的大小，如果当前时间刚好大于参考时间 并且当前时间与参考时间差在一个采样历元间隔时，用化0NASS步长积分轨道计算模块重 新校正化0NASS卫星位置和速度，否则，选择化0NASS高效轨道计算模块计算化0NASS卫星轨 道，经一次龙格库塔法积分就计算出GLONASS卫星位置和速度。W下分别进行详细说明。
[0051] 请参考图1、2,3,本实施例提供一种GLONASS高效轨道计算的方法，包括步骤：
[0052] S1:涵括化0NASS定位系统的定位接收机将捕获和跟踪到的化0NASS卫星广播信号 转换为可用的GLONASS卫星数据，并将卫星数据送进时间判断模块；
[0053] S2:时间判断