一种改进的选星算法

本发明涉及卫星选星领域，特别涉及一种改进的选星算法。

背景技术：

1、传统的选星算法采用遍历可见卫星的方法，对所观测到的卫星采用某一算法进行运算，其中有个指标几何精度因子gdop，gdop越小，表明所选组合卫星的精度越高。在单模系统中，观测到的卫星数目是有限的，一般在10个左右，运用遍历的算法，能够基本满足单模定位的精度要求。

2、随着科技的发展，技术的进步，传统的选星算法在精度和运算量上都逐显颓势，双模系统的出现，卫星数量的增加，传统的选型算法在计算量上有着巨大的劣势，严重影响了定位系统的实时性。

3、如下所示是传统的选星算法，从计算次数，优缺点等方面进行分析。

4、(1)最大四面体体积法

5、最大四面体体积法相比于几何精度因子法虽然在计算的复杂度上略有下降，但是依旧不能解决双模情况下的实时性问题及体积问题，最大四面体体积法在处理双模问题时要改为五面体，几何精度因子与星座所成的体积成反比；

6、(2)几何精度因子法

7、几何精度因子法就是从接收机观测到的全部卫星中，对所有卫星组合进行计算，选出四颗，组成最小的gdop来进行定位解算。在单模系统中，卫星一般在10颗左右，需要进行约210次计算。在双模定位系统中，接收机一般接收20-25颗卫星左右，假设能够收到23颗卫星，需要在卫星中选择5颗合适的卫星，用几何精度因子法需要进行约33649次计算，运算量庞大，消耗时间长，严重影响了系统的实时性。因此，几何精度因子法只适用于卫星数量较少的情况，在双模定位中适用度不高；

8、(3)最大行列式法

9、最大行列式法能够避免体积和gdop的运算，主要是运用行列式的运算，但是行列式运算过于繁琐，计算的步骤过于复杂，选出的星座质量下降很多，性能上很不稳定。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种改进的选星算法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明一种改进的选星算法，包括gdop算法，具体步骤如下：

4、s1.基础计算，通过gdop算法得到几何精度因子gdop，即是对卫星的观测矩阵h进行相关计算，h矩阵每一个行向量是由某一颗卫星和用户的方向余弦矢量和1组成的；

5、s2.计算优化，将gdop算法进一步优化，通过计算用户到卫星的单位矢量末端的四点围成的四面体体积，使gdop算法和选星距离之间关联；

6、s3.卫星选取，卫星的空间几何分布对于gdop有着很大的影响，其中对于卫星的选取，可以根据卫星的仰角和方位角进行选取，通过设置滤角再结合四面体体积进行选星寻找最优星座组合。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中，对于gdop是几何精度因子，是衡量状态估计精度的物理量，较大的精度因子会引起较大的状态估计误差，较小的精度因子会使状态估计误差更小。几何精度因子gdop的计算公式如下式所示：

8、

9、通过上式可知，对gdop的计算，就是对卫星的观测矩阵h进行相关计算，(hht)-1是和多颗卫星的几何分布有关。

10、作为本发明的一种优选技术方案，，所述s2中，进一步对gdop的公式进行变形得到下式：

11、

12、其中v是用户到卫星的单位矢量末端的四点围成的四面体体积，a变化缓慢。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述s3中，对于选星，要对仰角进行划分，设置仰角的滤角为10度，仰角10度到50度为低仰角区，仰角50度到90度为高仰角区；

14、s31.选择顶座星，在高仰角区选择仰角度数最大的卫星作为顶座星。低仰角区作为4颗底座星的选星区；

15、s32.对低仰角的卫星，按照方位角(0°～360°)进行从小到大的排序，在低仰角中需要选择星座a1、a2、a3、a4，计算所有相邻方位角之间的差值，在差值结果最大的两颗卫星中，随机选择一颗作为a1，同时设置步长，此处底座星的个数为4，所以设置步长为n为90°；

16、s33.设定分布均匀的选星规则：

17、当a1<90°时，a2选择(a1+n)最近的那颗卫星，a3选择(a1+2*n)最近的那颗卫星，a4选择(a1+3*n)最近的那颗卫星；

18、当90°<a1<180°时，a2选择(a1-n)最近的那颗卫星，a3选择(a1+n)最近的那颗卫星，a4选择(a1+2*n)最近的那颗卫星；

19、当180°<a1<270°时，a2选择(a1-2*n)最近的那颗卫星，a3选择(a1-n)最近的那颗卫星，a4选择(a1+n)最近的卫星；

20、当a1>270°时，a2选择(a1-3*n)最近的那颗卫星，a3选择(a1-2*n)最近的那颗卫星，a4选择(a1-n)最近的那颗卫星；

21、通过上面的选择，底座星基本能够满足分布均匀，构成的四面体体积最大的要求。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、本发明通过提出一种新的、改进的选星算法，改进的选星算法中不包含矩阵求逆、矩阵转置等运算，卫星星座的gdop值与仰角以及方位角有紧密的关系，本选星算法主要是通过对仰角、方位角进行筛选，选取的卫星能够组成较大的几何体体积，从而在提高了定位的精度同时，系统的实时性也有很大的提高。

技术特征：

1.一种改进的选星算法，包括gdop算法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种改进的选星算法，其特征在于，所述s1中，对于gdop是几何精度因子，是衡量状态估计精度的物理量，较大的精度因子会引起较大的状态估计误差，较小的精度因子会使状态估计误差更小。几何精度因子gdop的计算公式如下式所示：

3.根据权利要求2所述的一种改进的选星算法，其特征在于，所述s2中，进一步对gdop的公式进行变形得到下式：

4.根据权利要求3所述的一种改进的选星算法，其特征在于，所述s3中，对于选星，要对仰角进行划分，设置仰角的滤角为10度，仰角10度到50度为低仰角区，仰角50度到90度为高仰角区；

技术总结
本发明公开了一种改进的选星算法，包括GDOP算法，具体步骤如下：S1.基础计算，S2.计算优化，S3.卫星选取。本发明通过提出一种新的、改进的选星算法，改进的选星算法中不包含矩阵求逆、矩阵转置等运算，卫星星座的GDOP值与仰角以及方位角有紧密的关系，本选星算法主要是通过对仰角、方位角进行筛选，选取的卫星能够组成较大的几何体体积，从而在提高了定位的精度同时，系统的实时性也有很大的提高。

技术研发人员：刘传鑫,陶青长
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14