一种低轨卫星的混合测量动态定位方法技术

一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，根据已知卫星信息，构建系统状态方程及动态用户的组合观测方程，基于扩展卡尔曼滤波算法，获取动态用户接收机位置、钟差、频差，针对低轨卫星星座覆盖特性区别于中高轨卫星星座，以及低轨卫星相对运动速度高的特点，提出了基于伪距和多普勒混合测量资料以及用户的惯导器件测量信息，单颗低轨卫星进行实时动态导航定位的方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨卫星的混合测量动态定位方法


[0001]本专利技术涉及一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，属于低轨卫星导航领域。

技术介绍

[0002]卫星导航系统的应用无所不及，给工业生产、军事应用各领域的定位导航方式带来颠覆性的影响，正因为此，卫星导航系统的脆弱性、及极端情况下的可靠替代方式也越来越被关注。另一方面近年来，低轨卫星迎来蓬勃发展，低轨卫星不同于中高轨导航卫星，轨道高度低，同等数量下覆盖重数远低于中高轨卫星；同时运动速度快，过境时间短。这既为基于低轨卫星进行导航定位服务提供了可能，同时基于低轨卫星的导航定位存在一定的实现难度。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：针对目前现有技术中，低轨卫星导航定位难度较高的问题，提出了一种低轨卫星的混合测量动态定位方法。
[0004]本专利技术解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
[0005]一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，步骤如下：
[0006](1)根据单颗低轨卫星的位置、速度、混合观测量伪距、伪距率，对应惯导器件测量所得动态用户速度，构建待定位动态用户的系统状态方程；
[0007](2)建立动态用户的组合观测方程，包括伪距观测方程、多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程、系统观测方程；
[0008](3)基于扩展卡尔曼滤波算法，获取动态用户接收机位置、钟差、频差。
[0009]所述步骤(1)中，待定位动态用户的系统状态方程具体为：
[0010]X＝[x,y,z,δt,δt
f
]T
[0011]X
k
＝Φ
k,k
‑1·
X
k
‑1+B
·
U
[0012][0013]U＝[v
ux
,v
uy
,v
uz
,0,0,0]T
[0014][0015]式中，状态量X为三维位置分量和钟差、频差，Φ为状态转移矩阵；U为惯导器件测得用户速度，为系统输入量；B为输入量与系统状态之间关系矩阵。
[0016]所述步骤(2)中，伪距观测方程为：
[0017][0018][0019]式中，ρ
j
是动态用户和卫星之间的几何距离，δt
r
为钟差导致的等效距离，为伪距测量噪声。
[0020]多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程为：
[0021][0022][0023]式中，为动态用户和卫星之间的几何距离变化率，δt
f
为接收机频差，为伪距率测量噪声。
[0024]系统观测方程为：
[0025]Z＝H
·
X+V
[0026][0027][0028][0029]式中，观测量Z由伪距、多普勒等效转换的伪距率得到，H为观测矩阵；V为观测噪声，为由上次更新的待估量所得伪距和伪距率的计算值。
[0030]动态用户接收机位置通过单次卡尔曼滤波计算获取，具体为：
[0031]R
uk
＝[X
k
(1),X
k
(2),X
k
(3)]T
[0032]式中，R
uk
为第k次用户位置滤波结果，(X
k
(1),X
k
(2),X
k
(3))为系统状态量X的第k次滤波结果的前3个分量，表征第k次接收机绝对位置滤波结果。
[0033]动态用户接收机的钟差、频差计算方法为：
[0034]δt
k
＝δt
k
‑1+X
k
ꢀꢀ
(4)
[0035]δt
fk
＝X
k
ꢀꢀ
(5)
[0036]式中，δt
k
‑1为第k
‑
1次的钟差计算结果，X
k
(4)为用户接收机钟差，等于系统状态量X第k次滤波结果的第4个分量，X
k
(5)为用户接收机频差，等于系统状态量X第k次滤波结果的第5个分量。
[0037]还包括步骤(4)，重复步骤(3)直至低轨卫星不可见，定位结果作为初值在惯导辅助下进行维持，并作为下一颗低轨卫星可见时滤波定位的初值。
[0038]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0039](1)本专利技术提供的一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，针对低轨卫星星座覆盖特性区别于中高轨卫星星座，以及低轨卫星相对运动速度高的特点，提出了基于伪距和多普勒混合测量资料以及用户的惯导器件测量信息，单颗低轨卫星进行实时动态导航定位的方法，结合用户终端惯导器件的测量信息的动态导航定位，可用于单颗低轨卫星下的实时动态定位解算，该方法也可以拓展到两重及以上覆盖的情况；
[0040](2)本专利技术根据已知卫星信息，构建系统状态方程及动态用户的组合观测方程，基于扩展卡尔曼滤波算法，获取动态用户接收机位置、钟差、频差，基于典型的低轨卫星单重覆盖，提出了基于伪距和多普勒混合测量的定位方法，为低轨卫星用于动态导航定位提供技术途径。
附图说明
[0041]图1为专利技术提供的低轨卫星的混合测量动态定位方法流程图；
具体实施方式
[0042]一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，针对低轨卫星星座覆盖特性区别于中高轨卫星星座，以及低轨卫星相对运动速度高的特点，提出了基于伪距和多普勒混合测量资料以及用户的惯导器件测量信息，单颗低轨卫星进行实时动态导航定位的方法，具体步骤如下：
[0043](1)根据单颗低轨卫星的位置、速度、混合观测量伪距、伪距率，对应惯导器件测量所得动态用户速度，构建待定位动态用户的系统状态方程；
[0044]待定位动态用户的系统状态方程具体为：
[0045]X＝[x,y,z,δt,δt
f
]T
[0046]X
k
＝Φ
k,k
‑1·
X
k
‑1+B
·
U
[0047][0048]U＝[v
ux
,v
uy
,v
uz
,0,0,0]T
[0049][0050]式中，状态量X为三维位置分量和钟差、钟漂，Φ为状态转移矩阵；U为惯导器件测得用户速度，为系统输入量；B为输入量与系统状态之间关系矩阵；
[0051](2)建立动态用户的组合观测方程，包括伪距观测方程、多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程、系统观测方程；
[0052]伪距观测方程为：
[0053][0054][0055]式中，ρ
j
是动态用户和卫星之间的几何距离，δt
r
为钟差导致的等效距离，为伪距测量噪声；
[0056]多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程为：
[0057本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，其特征在于步骤如下：(1)根据单颗低轨卫星的位置、速度、混合观测量伪距、伪距率，对应惯导器件测量所得动态用户速度，构建待定位动态用户的系统状态方程；(2)建立动态用户的组合观测方程，包括伪距观测方程、多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程、系统观测方程；(3)基于扩展卡尔曼滤波算法，获取动态用户接收机位置、钟差、频差。2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，其特征在于：所述步骤(1)中，待定位动态用户的系统状态方程具体为：X＝[x,y,z,δt,δt
f
]
T
X
k
＝Φ
k,k
‑1·
X
k
‑1+B
·
UU＝[v
ux
,v
uy
,v
uz
,0,0,0]
T
式中，状态量X为三维位置分量和钟差、频差，Φ为状态转移矩阵；U为惯导器件测得用户速度，为系统输入量；B为输入量与系统状态之间关系矩阵。3.根据权利要求1所述的一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中，伪距观测方程为：所述步骤(2)中，伪距观测方程为：式中，ρ
j
是动态用户和卫星之间的几何距离，δt
r
为钟差导致的等效距离，为伪距测量噪声。4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星的混合测量动态定位方法，其特征在于：多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程为：多普勒观测值等效转换伪距率的观测方程为：式中，为动态用户和卫星之间的几何距离变化率，δt
f
为接收机频差，为伪距率测量噪声。
5.根据权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秋丽，李平，周鸿伟，郑晋军，张弓，聂欣，康成斌，姜坤，李星，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：