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专利号: 2022109960966
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种混合星座卫星导航定位精度衰减因子估计方法,其特征在于,所述估计方法包括以下步骤:步骤1、获取待设计导航星座的基本参数;对于MEO卫星,获取MEO卫星的轨道倾角iM、轨道高度HM、轨道周期TM和MEO卫星数目NM;对于IGSO卫星,获取IGSO卫星的轨道倾角iI、轨道高度HI、轨道星下点轨迹交叉点经度λ0和IGSO卫星数目NI;对于GEO卫星,获取GEO卫星的数目NG和每一颗GEO卫星的经度;

步骤2、根据现有导航星座的实际观测数据,拟合得到各类卫星在天球网格的出现概率分析模型,将待设计导航星座的基本参数导入相应分类卫星的出现概率分析模型,计算得到待设计导航星座的理论出现概率值;具体包括:对于MEO卫星,将天球按地心经度和纬度分别做m和n等分,形成m×n个网格;根据实际数据处理经验,MEO卫星在天球上任一个网格(i,j)内出现的出现概率分析模型 为:公式(1)中,i=1,2,...,m,j=1,2,...,n; 为MEO卫星出现概率修正函数,该函数与格网位置有关; 为网格(i,j)中心点的地心纬度;CM表达式为:对于IGSO卫星,根据卫星轨道高度HI、轨道倾角iI和星下轨迹交叉点经度λ0的设计值,确定其经过的天球网格,令IGSO卫星所经过的天球网格集为Γ,根据实际数据处理经验,IGSO卫星在中心为 的网格出现的出现概率分析模型 为:公式(3)中, 为IGSO卫星出现概率修正函数,该函数与格网位置有关;Max(ωeast,ωnorth)为IGSO卫星东西向角速度ωeast和南北向角速度ωnorth中的较大者,卫星东西向角速度ωeast和南北向角速度ωnorth表达式为:公式(4)中,TI为IGSO轨道周期;ωe为地球自转角速度;公式(3)中CI的表达式为:对于GEO卫星,令GEO卫星的坐标为(λG,0),λG是GEO卫星的经度,GEO卫星的纬度为0,根据实际数据处理经验,GEO卫星在天球网格中出现的出现概率分析模型 为:公式(6)中, 为GEO卫星出现概率修正函数,该函数与格网位置有关,修正值用于弥补GEO卫星漂移所引起的概率变化; 表示GEO卫星坐标在中心为 的网格范围内; 表示GEO卫星坐标不在中心为 的网格范围内;

步骤3、构建虚拟观测方程;具体包括:

令观测点O的大地坐标为(B,L,H),其对应的空间直角坐标为(XO,YO,ZO);天球上中心点坐标为 的网格对应的空间直角坐标为(XS,YS,ZS),网格中心相对于观测点的高度角Ele为:若高度角Ele大于所设定的截止高度角Ele0,将格网中心作为卫星的位置,对观测点建立虚拟观测方程为:ij ij

方程(8)中,v 为残差项;(δx δy δz)为坐标改正数;δt为接收机钟误差;c为光速;l 为其他项的组合; 为卫星至观测点的方向余弦,其计算公式如下:由于不能确定方程(8)中观测值的精度,无法根据观测值精度定权;将方程(8)所对应ij的权w 设为MEO卫星、IGSO卫星和GEO卫星在 为中心的天球网格中出现概率之和,即:步骤4、构建法方程系数矩阵;具体包括:

由方程(8)计算得到误差方程组的系数矩阵A为:

T

公式(11)中,A为t×4阶矩阵,t=m×n;误差方程组所对应的法方程的系数矩阵AWA为:公式(12)中,W为权矩阵,其形式为:

当天球网格中心 相对于观测点的高度角小于所设定的截止高度角时,对应的观ij测方程的权w 取0;

步骤5、生成参数协因数矩阵,根据生成的参数协因数矩阵,计算得到定位精度衰减因子;参数协因数矩阵的生成过程具体如下:构建坐标和钟差参数的协因数矩阵QXYZT为:

公式(14)中QXYZT为空间直角坐标系下的协因数矩阵,qXX、qYY、qZZ、qTT分别为坐标参数X、Y、Z和时间参数T的协因数,qXY和qYX为参数X和Y的互协因数,qYX和qZX为参数X和Z的互协因数,qYZ和qZY为参数Y和Z的互协因数,qXT和qTX为参数X和T的互协因数,qTY和qTY为参数Y和T的互协因数,qZT和qTZ为参数Z和T的互协因数,提取公式(14)中的三维坐标部分,得到:计算得到站心地平坐标系下的协因数矩阵QNEU为:

公式(16)中qNN、qEE、qUU分别为北坐标、东坐标和高程参数的协因数,qNE和qEN为北坐标参数与东坐标参数互协因数,qNU和qUN为北坐标参数与高程参数互协因数,qEU和qUE为东坐标参数与高程参数互协因数,S矩阵为:其中,(B0,L0)为观测站点的经纬度坐标。

2.根据权利要求1所述的混合星座卫星导航定位精度衰减因子估计方法,其特征在于,根据生成的参数协因数矩阵,计算得到定位精度衰减因子的过程具体包括:根据公式(17)和公式(14),得到平面定位精度衰减因子HDOP为:高程定位精度衰减因子VDOP为:

空间位置定位精度衰减因子PDOP为:

接收机钟差精度衰减因子TDOP为:

几何精度衰减因子GDOP为: