【技术实现步骤摘要】
一种用于GPS接收机自主预测星历的方法
本专利技术属于GPS接收机领域，涉及一种用于GPS接收机自主预测星历的方法。
技术介绍
随着汽车及电子计算机技术的发展和人们生活需求的提高，全球卫星定位系统(GPS)得到了广泛的应用，越来越多的人开始使用GPS接收机和导航系统。GPS接收机在车载导航和移动消费电子等领域迅速发展。随着应用领域的不断扩大和使用群体的迅速增加，使用者对GPS接收机的功能和性能提出了越来越多的要求，如灵敏度(Sensitivity)和定位精度(Accuracy)等。此外，开机后首次定位的时间(TTFF，TimeToFirstFix)也是其中十分重要的一项性能指标。使用者希望在GPS接收机开机后很短的时间便可以定位，目前的GPS接收机在进行热启动时，首次定位时长为1秒钟。但是，当关机时长超过热启动有效期2小时时，首次定位时长约30秒。目前采用的方法为，接收机利用关机前的广播星历信息自动预测GNSS星历，在接收机重新开机时，利用预测GNSS星历加速GNSS信号捕获。但是，目前的现有方法对首次定位时长改进甚微。接收机从开机后到完成首次定位需经历捕获、跟踪、收集广播星历几个阶段，其中收集广播星历阶段耗时最长约30秒，而在开阔天空下捕获耗时仅需不到1秒。目前虽能加快GNSS信号捕获，但并不能显著改善首次定位时长。占用大量存储器空间，将预测轨道以地心地固坐标系ECEF的形式存储在非易失性存储其中，随着预测时长的增长，所需空间线性增长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于GPS接收机自主预测星历的方法。为达到上述目的，本专...
【技术保护点】
1.一种用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据输入的广播星历计算星历有效时间内卫星的位置速度矢量，作为精密定轨的观测值；步骤2：根据所述观测值进行精密定轨，利用定轨程序计算得到定轨弧段初始时刻的精确位置速度矢量，以及太阳光压模型参数中的卫星面质比；步骤3：进行轨道预报，以所述定轨弧段初始时刻的精确位置速度为起始，采用所述卫星面质比作为卫星等效面质比参数进行轨道外推，外推到开机时刻，得到开机时刻的位置速度矢量；步骤4：将所述开机时刻的位置速度矢量拟合成广播星历，直接应用于接收机的定位解算。
【技术特征摘要】
1.一种用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据输入的广播星历计算星历有效时间内卫星的位置速度矢量，作为精密定轨的观测值；步骤2：根据所述观测值进行精密定轨，利用定轨程序计算得到定轨弧段初始时刻的精确位置速度矢量，以及太阳光压模型参数中的卫星面质比；步骤3：进行轨道预报，以所述定轨弧段初始时刻的精确位置速度为起始，采用所述卫星面质比作为卫星等效面质比参数进行轨道外推，外推到开机时刻，得到开机时刻的位置速度矢量；步骤4：将所述开机时刻的位置速度矢量拟合成广播星历，直接应用于接收机的定位解算。2.根据权利要求1所述的用于GPS接收机自主预测GPS星历的方法，其特征在于，所述步骤2中进行精密定轨的具体方法为：建立航天器的状态量模型：其中：r,v分别表示t时刻卫星的位置矢量和速度矢量，β表示待估参数卫星等效面质比；观测量与航天器的状态量X的量测方程：Y＝Y(X,t)(2)其中：Y表示观测量的测量值且只包含位置矢量；X(t)满足轨道动力学方程：求解式(3)得到状态方程：X(t)＝X(t0,X0；t)(4)其中：X0为待估状态量；将式(2)在参考状态量并舍去二阶和二阶以上的小量，得到：其中：参考状态量为待估状态量X0的近似值；Y(X*,t)是观测量的理论计算值，是测量矩阵，记为HX；是状态转移矩阵，记为Φ(t0,t)；令：得到精密定轨基本方程：y＝Bx0(8)其中：y为残差；通过迭代方式由观测采样数据求解精密定轨基本方程(8)，得到待估状态量X0的改正值给出历元t0时刻达到精度要求的状态量则：其中：下标k表示引用了k次采样数据；重复迭代i次直至满足精度要求，得到：3.根据权利要求2所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤2中：精密定轨基本方程(8)的求解采用最小二乘估计，通过式(11)计算得到：其中：表示从t0到tl时刻的状态转移矩阵，Hl表示tl时刻的测量矩阵，yl表示tl时刻的残差向量；矩阵B通过式(12)计算：测量矩阵HX通过式(13)计算：其中：x,y,z表示三个位置分量；状态转移矩阵Φ(t0,t)通过状态方程(4)得到，状态转移矩阵Φ(t0,t)通过式(14)计算：4.根据权利要求3所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤2中得到状态转移矩阵Φ(t0,t)的具体方法为：令：X(t)＝Φ(t,t0)X0(15)则：状态转移矩阵Φ(t0,t)所满足的条件通过对状态微分方程(3)的线性化得到，有：其中：状态微分方程F为：记：则方程(17)的系数矩阵A：将方程(17)转换为一阶方程组：其中：C1(t),C2(t),C3(t)均用参考值X*进行计算；对式(21)进行积分得到通过得到状态转移矩阵Φ(t0,t)。5.根据权利要求1所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤3的具体方法为：将轨道预报问题描述为一阶常微分方程初值问题：其中：卫星的加速度且满足r为卫星位置，为卫星速度；f(t,y)为重力场、日月引力和太阳光压引起的卫星加速度；采用Adams-Cowell积分法求解式(22)进行轨道预报，并采用8阶龙哥库塔方法作为Adams-Cowell积分法的起步单步法。6.根据权利要求5所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤3中重力场引起的卫星加速度采用引力加速度估计函数法计算，重力场的偏导数计算方法：6-1：将重力场分为地球质心引力部分和地球带谐摄动加速度、田谐摄动部分两部分；6-2：地球质心引力加速度偏导数计算：地球中心引力加速度表示如下：其中，r＝[xyz]T表示卫星在地固系下的位置矢量，r＝|r|；对式(23)求偏导数得到地球质心引力加速度对位置的偏导数：地球质心引力加速度对速度的偏导数：6-3：地球带谐摄动加速度、田谐摄动加速度的偏导数计算：地球重力势：其中：R表示地球半径，Cnm和Snm表示未归一化的重力势系数，根据式(27)把归一化后的重力势系数和转化成未归一化前的Cnm和Snm：Vnm和Wnm的计算公式如下：已知：利用式(29)置m＝0获得带谐项Vn0，相应的值均等于0，递归使用式(31)：式(31)中过程采用式(28)，↓过程采用式(29)，计算得到所有的Vnm和Wnm，加速度等于势能u的梯度，直接由Vnm和Wnm计算得出：其中：地球带谐摄动加速度、田谐摄动加速度对位置的偏导数根据：通过式(40)计算得到：地球带谐摄动加速度、田谐摄动加速度对速度的偏导数：7.根据权利要求5所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤3中日月引力引起的卫星加速度的具体确定方法为：在以地球为中心的参考系下，太阳和月球的摄动表示为：其中：r表示卫星位置，s表示太阳或月亮的位置；低精度日月坐标具体计算方法如下：T＝(MJD-51544.5)/36525.0(43)摄动的计算基于月球平黄经L0、月球平近点角l、太阳平近点角l′、太阳平黄经和月球平黄经之间的差D以及月球平升交距角F，5个基础角；L0＝(0.606433+1336.851344T-floor(0.606433+1336.851344T))(44)记相对于2000年黄道和春分点的月球黄经为LM，利用式(45)计算值，有：LM＝2π(L0+dL/1296.0e3-floor(L0+dL/1296.0e3))(47)月球黄纬BM表示为：月球的地心距rM表示为：月球坐标rM为：其中：ε为黄赤交角，ε＝23°.43929111；假设地球围绕太阳作无摄运动，通过式(51)描述太阳相对于地球和黄道在2000年附近几十年的椭圆轨道：位置坐标利用式(51)由开普勒轨道公式得到；太阳的黄经L⊙和距离rsun如下：通过旋转转换成赤道坐标系的笛卡尔坐标：由于黄纬B⊙在1′精度下为0，将式(53)简化为：其中：rsun表示太阳位置；日月摄动加速度对位置的偏导数：其中：r表示卫星位置，s表示太阳或月亮的位置；日月摄动加速度对速度的偏导数：8.根据权利要求5所述的用于GPS接收机自主预测星历的方法，其特征在于，所述步骤3中太阳光压引起的卫星加速度的具体确定方法为：通过式(57)计算太阳光压加速度：其中：ν为蚀因子；P⊙为地球附近太阳光压强参数，其值约为4.56×10-6N/m2；光压系数CR＝1+ε，卫星制造中典型材料的反射系数ε为0.2～0.9；A/m为卫星的面质比；r⊙和r⊙分别是卫星到太阳的向量及其模；AU为天文单位表示距离，1AU＝149597870.691km；太阳光压加速度对卫星位置的偏导数：其中：r表示卫星位置，rsun表示太阳位置；太阳光压加速度对卫星速度的偏导数：太阳光压对卫星等效面质比的偏导数：同时在两个坐标系中表述的光压摄动力，一个是基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢逢峰，汤加跃，
申请(专利权)人：西安开阳微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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