一种基于多系统卫星组合导航的选星方法与流程

本发明属于通信领域，涉及一种卫星组合导航的选星方法，尤其涉及一种基于多系统卫星组合导航的选星方法。

背景技术：

在接收机进行定位的过程中会经过选星，通常的选星方式例如GPS，从满足定位解算的所有卫星中，选择最佳几何分布的4颗卫星，通过两种方式来评价最佳几何分布：

一种是遍历所有4颗卫星组合方式，计算相应的GDOP(GeometricDilutionOfPrecision，星座几何精度因子)值，选择GDOP值最小的卫星组合；另一种是遍历所有4颗卫星组合方式，计算相应的多面体的体积，选择体积最大的卫星组合。中国专利CN103064092B公开了一种导航卫星的选择方法，该方法以信号能量和星座布局GDOP值为衡量基准，通过设定接收信号能量阈值、GDOP阈值以及最大选星数，在选择一定数量的高能量信号基础上，选取次优GDOP的星座结构。采用该发明能虽够在保证定位精度的同时，减少运算量，实现快速选星，降低工程上对多系统导航接收机通道数的要求，适用于接收机位于高轨且多卫星导航系统组合的场景中。

但上述组合方式存在的问题：1、该组合方式只适合单系统选星，由于各卫星系统钟差和系统误差不一致，不适用多系统选星；2、采用遍历所有卫星组合的方式，计算量太大，特别是多系统的时候，该遍历方式可能因为运算量大，计算时间长而无法满足实时性要求。

技术实现要素：

本发明在于提供了一种基于多系统卫星组合导航的选星方法，以克服现有技术的误差大、计算量大、不适用于多系统选星的不足。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于多系统卫星组合导航的选星方法，包括以下步骤：

步骤1)：当参与解算卫星的数量大于所选卫星的数量时，则进入步骤2)；否则，进入满天星解算；

步骤2)：按照卫星的仰角、方位角将空间划分为n个分区，每个分区分别记为M_i，然后进行步骤3)；

步骤3)：若M_i分区存在卫星，则按照加权方式选择权重最大的卫星；所述权重的计算方法为q_select＝q_sys+q_CNR，其中q_select为所选卫星的权重，q_sys为所选卫星所在系统的权重，q_CNR为所选卫星的载噪比的权重；若分区存在一颗权重最大卫星，则选择该星，然后轮询下一个分区，若分区存在两颗以上相同权重卫星，则进行步骤4)，然后轮询下一个分区；若分区无星，该分区选星标志置为False，轮询下一个分区，轮询完所有分区则进行步骤5)；

步骤4)：根据M_i分区的中心点处的仰角和方位角对相同权重的卫星进行二级权重计算，选出权重最大的卫星，重复步骤3)，直至轮询完所有分区；

步骤5)：若在M_i分区无卫星分布，则按照仰角、方位角分配权重，进行补星；待确定所有分区都有参与解算的卫星时进行步骤6)；

步骤6)：对步骤5)确定参与解算的所有卫星，进行定位解算。

优选的，所述步骤2)的具体步骤为根据卫星的仰角，划分为高、中、低3个仰角分区；在所述3个分区的基础上，根据卫星方位角，再划分N个象限，共3*N个分区，其中1≤N≤6。

进一步的，所述步骤1)在12个分区选择总共N颗卫星，4≤N≤16，满足高、中、低分区卫星比1:1：1至1:1:4。

更进一步的，所述步骤1)在12个分区选择总共16颗卫星，满足高、中、低分区卫星比例1:1:2，即在执行完步骤5)后再对低区剩下的卫星执行一次步骤3)，并将选出的卫星加入到已选卫星的列表中。

优选的，所述步骤3)中的系统权重q_sys包括q_BD2、q_GPS、q_GLO，且q_BD2＝1.0、q_GPS＝0.5、q_GLO＝0.2，其中q_BD2代表北斗第二代卫星导航系统的权重，q_GPS代表全球卫星定位系统的权重，q_GLO代表俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的权重。

优选的，所述步骤3)中载噪比的权重的计算方法为：首先根据载噪比划分不同的区间，确定区间系数：其中α为载噪比区间系数，CNR为所选卫星的载噪比；然后根据载噪比区间系数设置对应的权重：ω为所选卫星的载噪比权重。

优选的，所述步骤4)的二级权重的计算公式为：q_second＝0.85*q_Elev+0.5*q_Azm，其中为所选卫星的二级权重，所选卫星的仰角权重，为所选卫星的方位角权重。

优选的，所述步骤5)的补星权重的计算公式为：q_repair＝q_select+0.85*q_Elev+0.5*q_Azm,,其中为所选卫星作为补星的权重，为所选补星的仰角权重，为所选补星的方位角权重。

优选的，所述步骤3)中某分区存在两颗以上相同权重卫星，按照步骤4)所述的二级权重方法选出权重最大的卫星。

优选的，所述步骤4)或步骤5)中仰角权重的具体计算步骤为：先根据仰角划分不

同的区间，

然后根据不同仰角区间系数设置对应的权重：

其中β为仰角区间系数，Elev为所选卫星的仰角，q_Elev所选卫星的仰角权重。

优选的，所述步骤4)或步骤5)中方位角权重的具体步骤为：首先根据方位角划分不同的区间：

根据不同区间系数，设置不同的权重：，其中γ为方位角区间系数，Azm为方位角，为所选卫星的方位角权重。

本发明的有益效果是：

1.本专利提出的一种基于多系统卫星组合导航的选星方法，选择合适的卫星参与定位解算用于多系统组合解算，从而降低解算的计算量，同时选择的卫星具有较好的几何分布，即保证卫星的组合的几何精度因子(GDOP)较小，从而使定位解算的结果具有较小的误差。

2.在多系统组合定位解算具有冗余卫星的情况下，首先按仰角和方位角将空间划分成若干个区域，依据每颗卫星的仰角和方位角对应到相应的区间中，在各个区间中按照卫星系统、载噪比进行组合权重计算，然后选择组合权重最大的卫星。对于两颗以上相同权重卫星，依据该分区每颗卫星距离分区中心的仰角夹角、方位角夹角计算二级组合权重，然后选择其中二级组合权重最大的卫星。而对于没有卫星的区间，采取临近区间补星策略，按照卫星系统、载噪比、与该分区中心仰角夹角、与该分区中心方位角夹角的组合权重，选择组合权重最大的卫星作为替补卫星，从而保证选择参与解算的卫星具有较好的几何分布，即较小的GDOP值，确保选星解算的精度。

附图说明

图1是本发明流程示意图；

图2是本发明选择卫星组合的GDOP(几何精度因子)与GLO系统的对比；

图3是本发明选择卫星组合定位结果与GLO系统的定位高程结果对比；

图4是本发明选择卫星组合GDOP(几何精度因子)与GPS系统的对比；

图5是本发明选择卫星组合定位结果与GPS系统的定位高程结果对比；

图6是本发明选择卫星组合GDOP(几何精度因子)与BD2系统的对比；

图7是本发明选择卫星组合定位结果与GPS系统的定位高程结果对比。

具体实施方式

为了更好的理解本发明所提出的技术方案，下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，一种基于多系统卫星组合导航的选星方法，包括以下步骤：

步骤1)：当参与解算卫星的数量大于所选卫星的数量；否则，进入满天星解算；

步骤2)：按照卫星的仰角、方位角将空间划分为n个分区，每个分区分别记为M_i，然后进行步骤3)；

步骤3)：若M_i分区存在卫星，则按照加权方式选择权重最大的卫星；所述权重的计算方法为q_select＝q_sys+q_CNR，其中q_select为所选卫星的权重，q_sys为所选卫星所在系统的权重，q_CNR为所选卫星的载噪比的权重；若分区存在一颗权重最大卫星，则选择该星，轮询下一个分区；若分区存在两颗以上相同权重卫星，则进行步骤4)，然后轮询下一个分区；若分区无星，该分区选星标志置False，轮询下一个分区，轮询完所有分区则进行步骤5)；

步骤4)：根据M_i分区的中心点处的仰角和方位角对相同权重的卫星进行二级权重计算，选出权重最大的卫星，重复步骤3)，直至轮询完所有分区；

步骤5)：待确定所有分区都有参与解算的卫星时进行步骤6)；若在M_i分区无卫星分布，则按照仰角、方位角分配权重，进行补星；

步骤6)：对步骤5)确定参与解算的所有卫星，进行定位解算。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的阐述。

步骤1：根据待选卫星的仰角，将空间划分为高、中、低3个仰角分区。

步骤2：在步骤1的基础上，根据卫星方位角，划分N个象限，共3*N个分区，其中1≤N≤6。在本发明的一个实施例中将空间划分4个象限，共12个分区。需要说明的是，可以根据接收机的运算能力，对分区数进行调整，此处以12个分区为例，对后续步骤进行说明。

步骤3：在步骤1、步骤2基础上，根据系统(BD₂、GPS、GLONASS)、载噪比分别设置相应权重q_SYS、q_CNR，从而得到每颗卫星的综合权重q_select＝q_sys+q_CNR。若分区存在一颗权重最大卫星，则选择该星，轮询下一个分区；若分区存在两颗以上相同权重卫星，则进行步骤4选星，然后轮询下一个分区；若分区无星，该分区选星标志置False，轮询下一个分区。轮询完所有分区则进行步骤5)。其中：

(1)系统权重:q_sys包括q_BD2、q_GPS、q_GLO，且q_BD2＝1.0、q_GPS＝0.5、q_GLO＝0.2，其中q_BD2代表北斗第二代卫星导航系统的权重，q_GPS代表全球卫星定位系统的权重，q_GLO代表俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统的权重。

(2)载噪比权重：

首先根据载噪比划分不同的区间：

根据不同区间值，设置不同的权重：

步骤4：在步骤1、步骤2、步骤3的基础上，从12个分区判断，若分区存在卫星，按步骤3中设置权重选择综合权重最大的卫星到定位卫星列表，然后轮询每个分区，若分区存在相同权重卫星，则转步骤5；否则，轮询所有分区，分区选择可用星置选星标志SelectAll[i]＝True，若分区无星，设置选星标志SelectAll[i]＝False，其中i对应于分区的序号，若轮询完所有分区，转步骤6。当然选星标志不仅局限于此一种方式。

步骤5：若分区存在两颗以上相同权重卫星，则计算二级权重：q_second＝0.85*q_Elev+0.5*q_Azm，，选择二级权重最大的卫星，并置选星标志SelectAll[i]＝True，转步骤4，至轮询完所有分区。其中：

(1)仰角权重：

先根据仰角划分不同的区间，

然后根据不同仰角区间系数设置对应的权重：

其中β为仰角区间系数，Elev为所选卫星的仰角，q_Elev所选卫星的仰角权重。

(2)方位角权重：

首先根据方位角划分不同的区间：

根据不同方位角区间系数，设置不同的权重：其中γ为方位角区间系数，Azm为方位角，q_Azm为所选卫星的方位角权重。

分区轮询完之后，对所有置False的分区进行轮询：先进行正常轮询分区，如果分区存在卫星则选择该星，若分区无卫星，则先将该区选星标志置为False，再轮询所有分区之后，再对所有置False的分区分别进行补星处理。计算所有未被选中卫星的补星权重q_Repair＝q_Select+0.85*q_Elev+0.5*q_Azm，其中q_repair为所选卫星作为补星的权重，q_Elev为所选补星的仰角权重，q_Azm为所选补星的方位角权重，选择权重最大的卫星，设置选星标志SelectAll[i]＝True，执行步骤6。

需要说明的是，此处补星是针对分区内找不到卫星的情况，按照卫星系统、载噪比、与该分区中心仰角夹角、与邻近分区中心方位角夹角的组合权重，选择组合权重最大的卫星作为替补卫星，从而保证所选卫星具有较好的几何分布，即较小的GDOP值，确保选星解算的精度。

为满足较小的GDOP值，确保选星解算的精度和较小的运算量，在本发明的一个实施例中，在12个分区选择总共16颗卫星，满足高、中、低分区卫星比例1:1:2，即在执行步骤5)后再对低区剩下的卫星执行一次步骤3)，并将选出的卫星加入到已选卫星的列表中。

步骤6：按步骤5确定参与解算的所有卫星，进行定位解算。

如图2至图7所示，选用本发明的多系统卫星组合的方法的GDOP值低于单一GLO、GPS、BD2系统，定位高程也优于各单系统。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。