专利名称：一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法
技术领域：
本发明属于卫星导航系统信号源设计领域，具体涉及一种用于导航卫星系统信号源的选星方法。
背景技术：
导航卫星系统的信号源可以为卫星导航领域的各项研究、仿真和测试提供可重复的模拟信号，是单、多模导航接收机开发与验证的必备工具。同时，在不便于架设天线的环境中，如偏远山区和气候恶劣的地区，信号源也可以保证导航终端的正常工作，大大降低了架设天线的建设成本和维护费用。为了降低信号源实现的成本，可以在所有可见卫星中选择满足定位精度要求的若干颗卫星，进而仅仅模拟产生这几颗卫星的导航信号。这与卫星导航信号接收机在定位解算时的选星过程类似，因此，信号源在选星方面，可以借鉴现有的导航信号接收机的选星方法。专利号为200910086180. 9，公开号为CN101571581的中国发明专利公开了一种导航卫星系统的快速选星方法，其步骤如下步骤1 配置参数根据定位需要和接收机性能以及组合卫星个数，配置所需选取定位卫星的最大数目和星座GDOP值的初步限制要求以及遮蔽角MA。步骤2 计算所有卫星位置，获取每颗的卫星仰角El和方位角Az，并剔除仰角小于遮蔽角MA的卫星，剩余的为可见星。通过卫星星历得到所有当前可见卫星的位置，并将属于不同卫星系统的各卫星位置转换至某一种选定的坐标系中。卫星仰角El的范围为-90° 90°，方位角Az的范围为0° 360°，不在此范围内的，应按卫星所在象限进行修正。认为卫星俯仰角El大于等于遮蔽角MA即为可见卫
星ο步骤3 对可见星按仰角分区在选星之前，将所有可见卫星按仰角大小分为高仰角(75° <E1<90° )、中仰角^El ^ 75° )和低仰角(MA < El < 40° )三个区域。统计各区域中的可见卫星数，高仰角卫星数记为K0，中仰角卫星数记为K1，低仰角卫星数记为K2。步骤4:从所有可见卫星中选择仰角最大的一颗卫星作为所选的第一颗卫星Si。步骤5 根据高仰角卫星数KO和卫星Sl的仰角大小，判断是否需要在高仰角卫星区域中增选一颗卫星。具体判断方法如下如果卫星Sl的仰角彡80°，不进行增选；如果高仰角卫星数KO ^ 1，不进行增选；如果以上两点均不满足，且高仰角区域至少有1颗卫星与卫星Sl的方位角相差超过30°，则在高仰角区域选择一颗与卫星Sl方位角相差最大者作为所选2号卫星S2，否则不进行增选。步骤6 分别在中、低仰角卫星区域中选星设定需要选取的中仰角区域最大卫星数Kz和低仰角区域最大卫星数Kd，对于单系统或双系统，配置原则为Kz = Kd = 3。然后，根据每个区域的卫星数，遵从方位角等距的原则(两两相邻卫星的方位角之差大小相等)，从中、低仰角卫星区域选择相应数量的卫星。注意，Si不计入该步骤的所选卫星数。如果中仰角卫星数Kl < Κζ，或者当高仰角卫星数KO = 0，且Kl <Κζ+1时，以优先剔除仰角较大者为原则，剔除所有两卫星之间方位角之差与仰角之差的和小于30°中的一颗，其余卫星全选。否则，先在中仰角区域中选出与最大仰角卫星Sl方位角相差最接近30°的卫星， 然后，以此卫星为基础，按需要选取中仰角卫星数Κζ，将中仰角区域按方位角等距的原则分为Kz个区域，再在每个区域中选择1颗卫星方位角与该区域中心位置方位角之差最小的卫
星ο如果低仰角卫星数Κ2 ( Kd,以优先剔除仰角较小者为原则，剔除所有两卫星之间方位角之差与仰角之差的和小于30°中的一颗，其余卫星全选。否则，先在低仰角区域选出与最大仰角卫星Sl的方位角之差最接近180°的一颗，然后，以此卫星为基础，按需要选取低仰角卫星数Kd，将低仰角区域按方位角等距的原则分为Kd个区域，再在每个区域中选择1颗卫星方位角与该区域中心位置方位角之差最小的卫星。步骤7 获取⑶OP并判定其是否满足要求根据选星结果，按照公式(1)计算⑶0P。
权利要求
1. 一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，包括如下所述的第一次选星步骤1)配置参数，确定需要模拟的卫星数目NUM；2)获取卫星位置，计算所有卫星的仰角El和方位角Az，去掉仰角小于遮蔽角MA的卫星，剩余的为可见星；3)对可见星按仰角分区；4)从所有可见卫星中选择仰角最大的卫星作为所选的第一颗卫星Sl；5)根据高仰角卫星数KO和卫星Sl的仰角大小，判断是否需要在高仰角卫星区域中增选一颗卫星；6)分别在中、低仰角卫星区域中选星；7)获取GDOP并判定其是否满足要求，如果满足要求，则输出本次选星结果并结束本次选星，否则判断已入选卫星数是否小于需要模拟的卫星数NUM，如果是，则进入8)，否则进入9)；8)在中仰角或者低仰角区域增选卫星并返回7)；9)剔除卫星；10)改选卫星并返回7)；其特征是开始后续各次选星之前，先设定相邻两次选星的时间间隔及判别角DTA，然后每次选星依次按照如下步骤进行步骤一计算当前时刻所有卫星位置，获取每颗卫星的仰角El和方位角ki并去掉仰角小于遮蔽角MA的卫星，剩余的为可见星；步骤二 如果步骤一得到的可见卫星数目大于所述需要模拟的卫星数目NUM，转入步骤三，否则将所有可见卫星作为本次选星结果并转入步骤八；步骤三将所有上次入选且本次可见的卫星作为本次选星入选结果的一部分，判断上次入选且本次可见的卫星数目是否等于需要模拟的卫星数目NUM，如果是，则转入步骤四， 否则转入步骤五；步骤四判断上次入选且本次可见的卫星中，仰角最小的一颗卫星的仰角是否小于所述判别角DTA且小于上次选星时刻的该卫星的仰角，如果是，则将该卫星剔除并转入步骤七；否则转入步骤六；步骤五重复执行所述第一次选星步骤中的在中仰角或者低仰角医域增选卫星步骤， 直至本次总的入选卫星数目等于NUM，计算入选的NUM颗卫星的⑶OP值，如果该⑶OP值未超过所述GDOP门限值，则将该NUM颗卫星作为本次选星结果，转到步骤八；如果该GDOP值超过了所述GDOP门限值，则首先以优先剔除较大仰角卫星的原则，在增选卫星中剔除与所有入选卫星两两方位角之差最小的那一颗卫星，然后转到步骤七；步骤六计算NUM颗卫星的GDOP值，如果该GDOP值未超过所述GDOP门限值，则将该 NUM颗卫星作为本次选星结果，转到步骤八；如果该GDOP值超过了所述GDOP门限值，则首先执行所述第一次选星步骤中的剔除卫星步骤，然后转到步骤七；步骤七将被剔除卫星纳入未入选卫星集合中，按照优先级由高到低对未入选的可见卫星进行排序，上升星的优先级高于下降星，上升星中仰角小的卫星优先级高于仰角大的卫星，下降星中仰角大的卫星优先级高于仰角小的卫星；从优先级最高的未入选卫星开始， 将其逐个加入到已入选卫星星座并计算⑶0P，找到第一个⑶OP值小于门限值的卫星星座作为本次选星结果，若所有组合的GDOP值均超过门限值，则选择GDOP最小的卫星星座作为本次选星结果，然后转到步骤八；下降星是指上次选星时刻的仰角大于本次选星时刻仰角的卫星；上升星是指上次选星时刻的仰角小于本次选星时刻仰角或上次选星时刻不可见而本次选星时刻可见的卫星；步骤八结束本次选星流程。
2.根据权利要求1所述的一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，其特征是 所述的第一次选星步骤中，在完成2、步后，先判断可见星数目是否超过NUM颗，如果不超过 NUM颗，则直接将所有可见星作为第一次选星结果输出，否则继续执行后续步骤；在完成6) 步以后，先判断入选的卫星数目是否不足NUM颗，如果是，则先重复执行8)步中的增选卫星步骤，直至入选的总卫星数目达到NUM颗，然后判断⑶OP是否满足要求，否则直接判断⑶OP 是否满足要求，如果GDOP满足要求，则将入选的NUM颗卫星作为本次选星结果输出，否则， 执行所述的9)步剔除一颗卫星，然后将其他未入选的可见星逐颗加入到已入选星中并计算其⑶0P，以⑶OP值最小的卫星组合作为本次选星结果输出。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，其特征是所述相邻两次选星的时间间隔不超过30分钟。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，其特征是需要模拟的卫星数目NUM，对于模拟产生一种导航卫星信号的信号源而言，为6或7或8 颗，对于模拟产生两种导航卫星信号的信号源而言，为7或8或9颗。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，其特征是所述6)步分别在中、低仰角卫星区域中选星时，选星的总数不超过NUM-2颗。
全文摘要
本发明披露了用于导航卫星系统信号源的平滑选星方法，包括第一次选星步骤和后续选星步骤，在后续的各次选星步骤中，采取了“将上次入选且本次可见的卫星作为本次入选卫星”、“先增选满NUM颗卫星再判断GDOP值”、“增选后如果需要改选，只改选新增选的卫星”、等方法步骤，并且在后续选星时新引入了“上升星和下降星”的判定规则及其优先级排序规则和相应的处理流程。本方法减少了相邻两次选星结果中的变化卫星数目，保持了选星结果的平滑性，在满足定位精度要求的前提下，使得接收该信号源发出的导航信号的接收机在换星时刻的定位精度更好，基本不会出现短时间内无法定位的现象。
文档编号G01S19/28GK102540214SQ201210007948
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者李玉柏, 林静然, 高鹏 申请人:电子科技大学