[发明专利]一种北斗导航星座快速选星方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种北斗导航星座优选方法，属于卫星导航技术领域，具体涉及一种北斗导航星座快速选星方法。

背景技术

全球卫星导航系统已经成为了国家非常重要的信息基础设施，在某些重要领域如依赖国外卫星导航系统，一旦出现紧急情况或重大利益冲突，整个国家的国防军事以及社会经济安全都将受到威胁，这对国家利益的影响将是惨重的。因此，北斗卫星导航系统应运而生。它的诞生，使得我国在一些特殊的场合不再受制于国外卫星系统，无论在军事战略还是日常生活中都对我国具有非常重大的意义。

北斗卫星导航系统是我国自主研制的，目前已经可为亚洲和太平洋地区提供无源定位、授时、导航服务。预计在未来二十年内，北斗卫星导航系统将逐渐成长为覆盖全球的卫星导航系统。可以预见的到，关系到国防军事方面将最先普及北斗导航应用，随着北斗导航系统逐渐完善和成熟，再普及到各类民用方面，最终成为普及度非常高的成熟的全球卫星定位导航系统，并拉动北斗产业的蓬勃发展。

为了能够正确接收并解调北斗导航卫星信号，研制北斗用户终端，就必须掌握如扩频测距码、导航电文格式、导航电文参数及算法等接口的相关参数，进而进行定位和导航，而这些内容构成了北斗空间信号接口控制（ICD）文件。2012年12月，北斗ICD文件正式公布，使得相关的接口特征和参数公开化，降低了北斗终端的开发成本及难度，北斗终端的研发的方向性更加明确，研制的思路步骤也更加清晰。依靠强大的市场需求及政府部门的支持，国内外对北斗导航系统感兴趣的厂商均可对北斗客户终端进行相关产品的开发，这标志着北斗导航系统的客户终端将向通用化、开放化、高速和网络化方向发展。

北斗导航接收机将会成为北斗产业中应用面最广、生产量最大的技术产品，它的性能高低将直接影响到北斗卫星导航系统的普及度。然而对于大多数厂商来说，北斗导航包含5颗GEO地球同步静止轨道卫星，以及IGSO和MEO卫星，在中国的某些地区，某一时刻可能跟踪到14颗及以上北斗卫星，对于运算处理能力有限的小型和单模接收机来说，无疑制约着接收机实时性定位解算性能。此外，北斗导航系统中，定位解算中提取的伪距信息存在卫星轨道误差、卫星钟差、电离层、对流层延迟、多路径效应、接收机钟差、观测误差、接收机天线相位中心误差等测量误差，GDOP(GeometricDilution of Precision)为衡量接收机定位误差的重要参量，GDOP越小，测量误差转化成的定位误差越小，卫星导航技术领域中，经常将GDOP作为衡量选星结果的参考标准，即在单星座或者多星座导航系统中，选择后的卫星组合，GDOP越小，则证明选星结果最优。

对比文件1：已授权发明专利：一种用于双星座卫星定位系统的选星方法，专利号：200610165466.2，公开了一种用于双星座卫星定位系统的选星方法，主要通过双星座导航系统中的卫星仰角优选n组四星组合，然后进行5星选择，最后选取GDOP值最小的一组作为最后的选星结果，并重复步骤A-G，得到最终优选结果，其中GDOP计算公式为：

（1）

其中GDOP是几何精度因子，trace()代表矩阵对角线元素的和，即求迹运算，G代表观测矩阵，与对比发明专利的A矩阵一样。但对比文件1中采用的是传统的GDOP计算多项式，涉及到观测矩阵G的矩阵相乘和矩阵求逆运算，运算复杂度相对较大，而选星的目的是降低系统的计算复杂度，因此提出一种适用于北斗导航星座的快速选星方法尤为重要。

对比文件2：发明专利：基于GDOP和UERE的多模GNSS选星方法，专利号：201610350058.8，公开了一种基于GDOP和UERE的多模GNSS选星方法，该方法结合GDOP和UERE，进行卫星仰角的简化计算模型计算用户等效误差UERE，通过定位评估函数和遍历截止高度角就那些卫星组合确定，同时在低仰角区、中仰角区和高仰角区选星，但该方法所采用的GDOP计算公式仍然为传统的计算方法，即公式（1），计算用户等效误差UERE时最终还是需要以GDOP作为基准，因此对比文件2的计算复杂度相对较大。

综上所述，有必要提出一种北斗导航星座快速选星方法，保证GDOP精度的前提下，避免传统GDOP运算过程中的矩阵求逆运算，通过北斗导航星座快速选星，降低参与接收机定位解算的卫星数量，降低系统整体运算复杂度，提高接收机实时性定位解算性能，成为了卫星导航领域亟待解决的技术问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题