本发明专利技术在于提供一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法。本方法主要利用全星座BDS卫星广播星历，针对BDS卫星星座PDOP值分布、PDOP值可用性和星座值参数对比分析，实现待轨位调整与在轨替换卫星的最优时空窗口确定，达到预测卫星待轨位调整、到寿离轨与在轨替换的最优时间段和空间域窗口的目的。同时，该方法能够有效解决传统待轨位调整与在轨替换卫星时空窗口可靠性分析模型存在滞后性的难题，具备预测待轨位调整与在轨替换卫星最优时空窗口的应用需求，保障BDS系统平稳维运。保障BDS系统平稳维运。保障BDS系统平稳维运。
【技术实现步骤摘要】
一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法
[0001]本专利技术设计了一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，采用全星座BDS星历数据进行轨道预报，构建北斗卫星星座服务可用性模型，预测BDS卫星位置精度衰减因子(PDOP)值、PDOP值可用性以及星座值，并给出待轨位调整与在轨替换卫星的最优时空窗口。
技术介绍
[0002]在GNSS卫星运行过程中，卫星轨位调整和在轨替换等情况无可避免，其对GNSS星座平稳维运具有重大影响，是国际研究的必要议题。随着我国北斗三号卫星导航系统(BDS
‑
3)的全球组网及稳定运行，BDS卫星数量大幅增加，近60颗BDS卫星的轨位调整与在轨替换时空窗口的确定策略日渐复杂。如何高效确定待轨位调整和在轨替换BDS卫星的最优时空窗口，是保障BDS全星座稳定运行的重要前提。传统卫星轨位调整与在轨替换时空窗口可靠性分析模型的实现都是基于事后数据处理的方式，存在滞后性，并不具备提前给出可行性分析和合理性建议的预测需求。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的是传统轨位调整与在轨替换卫星时空窗口可靠性分析模型滞后性的难题，提供了一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法。具备了提前给出卫星轨位调整与在轨替换时空窗口可行性建议的应用需求。
[0004]本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，包括如下步骤：
[0006](1)采用BDS/GNSS分析中心提供的BDS卫星星历数据，通过轨道拟合与推估进行BDS卫星轨道预报；
[0007](2)基于BDS卫星预报轨道计算星座PDOP值，并绘制BDS星座全球PDOP值分布；
[0008](3)通过模拟剔除待轨位调整与在轨替换卫星，重新计算PDOP值，同时计算星座值，并绘制相应图形，将重新计算的PDOP值与步骤(2)中得到的BDS星座全球PDOP值分布进行对比，并联合分析PDOP值可用性和星座值，预测出待轨位调整与在轨替换卫星的最优时空窗口。
[0009]其中，步骤1所述的BDS卫星星历数据为BDS/GNSS分析中心提供的BDS卫星广播星历数据。
[0010]其中，步骤1所述的BDS卫星轨道预报为基于BDS卫星当前广播星历进行拟合推估的星历数据。
[0011]其中，步骤2和步骤3所述的星座PDOP值为表征可视卫星相对用户的空间几何分布情况，是反映星座值和星座服务可用性对星座几何特性和连续可用性的参数；
[0012]步骤2星座PDOP值的具体计算方法为：
[0013](201)针对BDS
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2和BDS
‑
3多源异构星座特性，确定基础参数，包括截止高度角、经
纬度格网点网格规模和数据采样率；
[0014](202)利用步骤1获得的BDS卫星预报星历，计算各网格中心点处的PDOP值；
[0015]步骤3星座PDOP值的具体计算方法为：
[0016]基于步骤(201)确定的基础参数利用模拟剔除待轨位调整与在轨替换卫星后的BDS卫星预报星历，再次计算各网格中心点处的PDOP值。
[0017]其中，步骤3所述的PDOP值可用性为BDS卫星在规定时间、规定服务区和规定条件下，PDOP值满足PDOP阈值要求的时间比A
pre
，其中规定条件包括截止高度角、格网点和时间间隔；具体计算方法为：
[0018][0019]式中，n为网格点总数，i＝1，2，
…
，n为网格点序号，N为总历元数，j＝1，2，
…
，N为历元序号，bool{A
PDOP
(i，j)≤A
Threshold
}为布尔函数，当满足该判断条件时取值为1，否则取值为0，在布尔函数中，A
PDOP
(i，j)为第i格网点在第j时刻的PDOP值，A
Threshold
为PDOP阈值。
[0020]其中，步骤3所述的星座值CV为在一定时间区间和一定区域面积范围内关于PDOP值的函数，具体计算方法为：
[0021][0022]式中，t0为起始时间，ΔT为选取的时间区间，n为网格点总数，i＝1，2，
…
，n为网格点序号，Area为区域总面积，area
i
为当前选择的网格面积，为t0+ΔT时间区间内每个计算时刻PDOP值均值，PDOP
Threshold
为t0+ΔT时间区间内设定的PDOP最大值。
[0023]其中，步骤3所述的最优时空窗口为通过对比分析步骤2和步骤3中PDOP值分布、PDOP值可用性以及星座值，预测出待轨位调整与在轨替换卫星的最优时间段和空间域窗口。
[0024]本专利技术与现有技术相比的有益效果为：
[0025](1)适用于BDS全星座卫星，且可扩展至其它GNSS卫星星座；
[0026](2)利用BDS卫星预报轨道构建待轨位调整与在轨替换卫星的时空窗口可靠性分析模型，拥有实时性和预测性；
[0027](3)预测待轨位调整与在轨替换卫星的时空窗口，具备可预见性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术方法的流程图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图1对本专利技术做进一步的说明。
[0030]一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，该方法基于BDS卫星星历数据拟合与推估出卫星预报轨道，计算出BDS卫星星座PDOP值和星座值参数，综合利用全星座BDS卫星星历实现的卫星轨位调整与在轨替换时空窗口确定和预测，达到分析卫星轨位调
整、到寿离轨与替换对星座服务性能的影响，并为轨位调整与在轨替换提供合理性建议。具体包括如下步骤:
[0031](1)采用BDS/GNSS分析中心提供的BDS卫星星历数据，通过轨道拟合与推估进行BDS卫星轨道预报；
[0032](2)基于BDS卫星预报轨道计算星座PDOP值，并绘制BDS星座全球PDOP值分布；所述的星座PDOP值为表征可视卫星相对用户的空间几何分布情况，是反映星座值和星座服务可用性对星座几何特性和连续可用性的参数；星座PDOP值的具体计算方法为：
[0033](201)针对BDS
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2和BDS
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3多源异构星座特性，确定基础参数，包括截止高度角、经纬度格网点网格规模和数据采样率；
[0034](202)利用步骤1获得的BDS卫星预报星历，计算各网格中心点处的PDOP值；
[0035](3)通过模拟剔除待轨位调整与在轨替换卫星，重新计算PDOP值，同时计算星座值，并绘制相应图形，将重新计算的PDOP值与步骤(2)中得到的BDS星座全球PDOP值分布进行对比，并联合分析PDOP值可用性和星座值，预测出待轨位调整与在轨替换卫星的最优时空窗口。
[0036]其中，星座PDOP值的具体计算方法为：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，其特征在于,包括如下步骤：(1)采用BDS/GNSS分析中心提供的BDS卫星星历数据，通过轨道拟合与推估进行BDS卫星轨道预报；(2)基于BDS卫星预报轨道计算星座PDOP值，并绘制BDS星座全球PDOP值分布；(3)通过模拟剔除待轨位调整与在轨替换卫星，重新计算PDOP值，同时计算星座值，并绘制相应图形，将重新计算的PDOP值与步骤(2)中得到的BDS星座全球PDOP值分布进行对比，并联合分析PDOP值可用性和星座值，预测出待轨位调整与在轨替换卫星的最优时空窗口。2.权利要求1所述的一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，其特征在于，步骤1所述的BDS卫星星历数据为BDS/GNSS分析中心提供的BDS卫星广播星历数据。3.权利要求1所述的一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，其特征在于，步骤1所述的BDS卫星轨道预报为基于BDS卫星当前广播星历进行拟合推估的星历数据。4.权利要求1所述的一种BDS卫星轨位调整与在轨替换时空窗口预测方法，其特征在于，步骤2和步骤3所述的星座PDOP值为表征可视卫星相对用户的空间几何分布情况，是反映星座值和星座服务可用性对星座几何特性和连续可用性的参数；步骤2星座PDOP值的具体计算方法为：(201)针对BDS
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2和BDS
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3多源异构星座特性，确定基础参数，包括截止高度角、经纬度格网点网格规模和数据采样率；(202)利用步骤1获得的BDS卫星预报星历，计算各网格中心点处的PDOP值；步骤3星座PDOP值的具体计算方法为：基于步骤(201)确定的基础参数利用模拟剔除待轨位调整与在轨替换卫星后的BDS卫星预报星历，再次计算各网格中心点处的PDOP值。5.权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：易卿武，廖桂生，蔚保国，陶海红，杨红雷，杨建雷，李硕，赵精博，陈秀德，惠沈盈，郝硕，刘亮，郎兴康，贾诗雨，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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