专利名称：一种中轨道卫星搜救系统的选星方法
技术领域：
本发明涉及一种搜救系统的选星方法，特别是涉及一种适用于中轨道卫星搜救 系统的选星方法，属于导航领域。
背景技术：
对于中轨道搜救系统的地面终端站(MEOLUT)，在每个时刻通常会观察到多颗 卫星。在空间段设计上将包括Galileo星座、DASS星座、Galonass星座，在每个时刻空 间段的卫星数目将大于10颗，如一个设在中纬度地区的地面终端站通常会见到7-12颗 星。而从地面终端站的设计复杂性和成本来看，不会具有相同数目的跟踪天线，因而利 用较少数目的天线选择最优的卫星组合进行跟踪以达到最优的服务效果就是关系到中轨 道搜救系统地面终端站性能的关键技术。
目前在全球卫星导航领域所涉及到的选星算法多为针对单个导航接收机的选星 算法，如GPS接收机、Galonass接收机，或者组合卫星接收机中用到的传统最大体积 法、最佳几何因子法、最大正交投影法等。在此基础上，很多研究者提出了多种衍生和 改进的选星方法，如基于方位角和俯仰角的选星方法等。
中轨道卫星搜救系统的选星方法不同于单个接收机的地方在于在中轨道搜救 系统中，信标的地位相当于单个接收机，系统考虑选星时不能以某个信标的最佳定位性 能为依据，而是要使得地面终端站服务范围内的所有信标具有综合的最佳定位性能。同 时，在考虑连续跟踪时，还涉及到天线切换的问题。一个较好的跟踪算法还应考虑到天 线要有较少的切换次数，以保证服务的连续性和天线的工作寿命。
现有技术中一般采用相控阵天线，其优点是可同时完成多颗卫星的接收，且不 用复杂的跟星策略，但缺点是目前在国内研发成本高，技术复杂。另一种方案为采用多 副抛物面天线进行跟踪，通过适当的选星策略达到，覆盖范围大、定位精度高的效果。 因此，选星策略就是卫星搜救系统的关键。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种中轨道卫星搜救 系统的选星方法。采用本发明解决了中轨道卫星搜救系统中一个地面终端站面对多个卫 星时的选星问题。
本发明的技术解决方案是
一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，其特征在于通过以下步骤实现
步骤1 单时刻选星
确定选星时刻，并根据地面终端站的天线数η选择出单时刻最优的卫星组合，
当时，选择地面终端站可视区域内，1颗仰角最高的卫星和n-1颗方位角分 布最均勻的卫星组合；
当η = 6时，选择地面终端站可视区域内，2颗仰角最高的卫星和4颗方位角分布均勻的卫星；
选星完成后，转入步骤2;
步骤2 天线切换跟踪处理
采用步骤1所述方法选择出每个选星时刻的所有卫星组合；
对所有选星时刻的所有卫星组合进行动态规划处理，选出在每个选星时刻最优 切换卫星组合。
步骤3 地面终端站按照步骤2确定的切换卫星组合在每个选星时刻进行切换。
所述步骤1中选择最优的卫星组合的步骤为
计算每颗卫星的方位角；所述卫星不包括具有仰角最高的卫星；将方位角从小 到大排列并计算方位角的正间隔，其中最小方位角与最大方位角的间隔取最小值，即间 隔指的是最大的方位角的边顺时针旋转到最小方位角的边时所转过的角度；
计算每组卫星组合的方位角间隔方差；
选取方差最小的卫星组合作为最优的卫星组合。
所述选星时刻的确定是以5分钟为时间间隔，将全天时间进行划分后得到的288 个时刻。
本发明与现有技术相比具有如下优点
(1)本发明的选星算法的实现时复杂度低、计算速度快。可使地面终端站在1秒 钟之内完成选星所需要的所有计算，较采用遍历方法的选星策略减少了 5-6小时的计算 时间。
(2)采用本发明减少了地面终端站的天线在卫星位置变化时的切换次数，通过 实际使用的统计发现天线的切换时间较不采用切换的选星策略的技术平均延长了1个小 时，提高了天线的工作寿命，但仍然保证了天线跟踪卫星的连续性。
图1为方法流程图2为天线切换跟踪示例。
具体实施方式
本发明所述的一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，适用于中轨道卫星搜救系 统中，可用于帮助地面终端站解决选择跟踪卫星的问题。
一、基本原理
本发明所述的选星方法包括两个主要步骤，分别为“单时刻最优选星方案”和 “天线最少切换跟踪方案”。
1、单时刻最优选星方案
中轨道搜救系统地面终端站在选择卫星时希望达到的最佳目的为使地面终端 站服务范围内的信标具有最好的综合定位结果。
在特定时刻，可以采用遍历的选星策略。针对每一种卫星的组合，根据事先测 量到的到达频率FOA和到达时间TOA值，在计算平均定位精度时，先在覆盖区域内均勻 选取采样点，计算每个采样点的定位精度，再计算终端站覆盖区域内所有采样点的平均定位精度。
在计算每个采样点的定位精度时，定位方程如式(1)所示的伪距方程与如式(2) 所示的多普勒方程已知，卫星位置已知，测量参数的估计精度已知，通过数学上方程两 端都取的微分方法，计算定位误差的表达式，并求得误差的协方差阵，从而得到单点的 定位精度，最后以平均定位精度最好的组合作为本次选星的结果。
权利要求
1.一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，其特征在于通过以下步骤实现步骤1 单时刻选星确定选星时刻，并根据地面终端站的天线数η选择出单时刻最优的卫星组合，当时，选择地面终端站可视区域内，1颗仰角最高的卫星和η-1颗方位角分布最 均勻的卫星组合；当η = 6时，选择地面终端站可视区域内，2颗仰角最高的卫星和4颗方位角分布均 勻的卫星；选星完成后，转入步骤2;步骤2 天线切换跟踪处理采用步骤1所述方法选择出每个选星时刻的所有卫星组合；对所有选星时刻的所有卫星组合进行动态规划处理，选出在每个选星时刻最优切换 卫星组合；步骤3 地面终端站按照步骤2确定的切换卫星组合在每个选星时刻进行切换。
2.根据权利要求1所述的一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，其特征在于所述 步骤1中选择最优的卫星组合的步骤为计算每颗卫星的方位角；所述卫星不包括具有仰角最高的卫星；将方位角从小到大排列并计算方位角的正间隔，其中最小方位角与最大方位角的间 隔取最小值；计算每组卫星组合的方位角间隔方差；选取方差最小的卫星组合作为最优的卫星组合。
3.根据权利要求1所述的一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，其特征在于所述 选星时刻的确定是以5分钟为时间间隔，将全天时间进行划分后得到的288个时刻。
全文摘要
一种中轨道卫星搜救系统的选星方法，包括单时刻选星步骤和天线切换跟踪处理步骤。单时刻选星步骤可以在选星时刻选择出最优秀的卫星组合；天线切换跟踪处理步骤可以实现天线最优的切换策略。本发明解决了中轨道卫星搜救系统地面终端站选星的问题，实现速度快，选星精度高，减少了天线的切换次数，保证了天线跟踪卫星的连续性。
文档编号G01S19/28GK102023301SQ20101055815
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者刘绍波, 张云杰, 林墨 申请人:航天恒星科技有限公司