【技术实现步骤摘要】
本申请涉及卫星拟合，特别是涉及一种低轨卫星广播星历拟合快速收敛方法。
技术介绍
1、目前，国际上主流的卫星导航系统星座主要由中、高轨道卫星构成，其卫星轨道的高度通常为20000至36000 km左右，轨道周期约12小时，卫星的位置信息由导航电文中的广播星历参数计算得到。广播星历参数通过广播星历拟合算法求出，目前常用的gnss广播星历参数模型有16参模型和18参模型，参数主要包括1个参考历元参数、6个开普勒轨道参数、3至5个轨道参数变化项参数和6个1/2周期调和项参数。相比于gnss卫星，低轨卫星的轨道高度通常为300至2000 km左右，其轨道运行周期通常为90至120分钟，在轨运行过程中受大气阻力影响较大、受力环境更加复杂，因此，为了提高低轨卫星广播星历拟合的精度，需要在18参模型的基础上，额外增加若干调和项参数来补偿短期轨道变化的影响，常用的低轨广播星历模型为22参模型，相比于18参模型，增加了2个轨道径向1/3周期调和项系数和2个轨道倾角1/3周期调和项系数。
2、在实际应用中，尽管采用22参星历模型能提高低轨卫星广播星历拟合的精度，但在判断待估参数迭代收敛时，目前已有方法将参数变化量的模长小于给定经验阈值作为迭代退出条件，由于参数数量增多，经常会导致参数变化量在迭代中的数值稳定性变差而无法收敛，极大地降低了计算效率和星历参数的可用性。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高星历拟合算法的计算效率和可用性的低轨卫星广播星历拟合快速收敛方
2、一种低轨卫星广播星历拟合快速收敛方法，所述方法包括：
3、步骤1：获取低轨卫星广播星历的待估星历参数向量；根据最小二乘原理对待估星历参数向量估计当前轮次迭代的星历参数向量的变化量；
4、步骤2：从所述变化量中获取该轮次的半长轴参数变化量，判断所述半长轴参数变化量是否小于给定阈值，若半长轴参数变化量小于给定阈值，则认为半长轴参数已经收敛；计算半长轴参数的最终估值，在后续迭代中视为已知值，进行下一轮迭代，计算剩余星历参数向量的变化量，根据所述剩余星历参数向量的变化量估计剩余星历参数向量；若半长轴参数变化量不小于给定阈值，则重复步骤1至步骤2；
5、步骤3：判断下一轮迭代估计的剩余星历参数是否收敛，即计算验后残差的标准差，判断其是否小于收敛阈值，若小于收敛阈值，则认为剩余星历参数已经收敛，计算参数的最终估值，退出迭代；若验后残差的标准差不小于收敛阈值，则重复步骤3；若达到事先设定的最大迭代次数后，仍不满足收敛条件，则认为待估星历参数向量不收敛，无法求出星历参数，退出迭代。
6、在其中一个实施例中，获取低轨卫星广播星历的待估星历参数向量，包括：
7、若低轨卫星广播星历为低轨广播星历22参模型，对于给定的星历参考时刻参数，需要估计21个星历参数，设待估星历参数向量为：
8、；
9、其中，为待估星历参数向量，为参考时刻的半长轴平方根，为参考时刻的轨道倾角，为参考时刻的平近点角，为周历元零时刻的升交点经度，为偏心率，为近地点辐角，为半长轴的变化率，为轨道倾角变化率，为升交点经度的变化率，分别为参考时刻卫星平均角速度与计算值之差及其变化率，为轨道半径的1/2周期余弦、正弦调和改正项的振幅，为轨道倾角的1/2周期余弦、正弦调和改正项的振幅，为轨道辐角的1/2周期余弦、正弦调和改正项的振幅，为轨道半径的1/3周期余弦、正弦调和改正项的振幅，为轨道倾角的1/3周期余弦、正弦调和改正项的振幅。
10、在其中一个实施例中，根据最小二乘原理对待估星历参数向量估计当前轮次迭代的星历参数向量的变化量，包括：
11、设低轨卫星广播星历22参模型的卫星位置计算算法为：
12、；
13、其中，为卫星三维坐标向量，为卫星位置计算函数，为星历参考时刻参数；
14、对卫星三维坐标向量的方程进行线性化，对于第轮迭代，有：
15、；
16、其中，为第轮迭代估计的参数向量，为第轮迭代估计的参数向量的变化量，使得,为卫星位置计算函数对参数向量的偏导数；
17、根据最小二乘原理，第轮迭代估计的星历参数向量的变化量为
18、；
19、式中：
20、；
21、其中，为最小二乘法方程的设计矩阵，为法方程的观测向量。
22、在其中一个实施例中，计算半长轴参数的最终估值，包括：
23、计算半长轴参数的最终估值为
24、；
25、其中，表示半长轴参数的变化量，第轮迭代估计的半长轴参数。
26、在其中一个实施例中，计算剩余星历参数向量的变化量，包括：
27、计算剩余星历参数向量的变化量为
28、；
29、其中:
30、；
31、其中，和分别为估计剩余参数时最小二乘法方程的设计矩阵和观测向量，为半长轴参数的最终估值，为星历参考时刻参数，为第轮迭代估计的剩余的待估参数向量。
32、在其中一个实施例中，计算验后残差的标准差，包括：
33、计算验后残差的标准差为
34、；
35、其中，下标表示第个样本点，为第个样本点的三维坐标验后残差，表示求向量的模长，为三维坐标验后残差的标准差，为验后残差标准差的收敛阈值，为剩余星历参数向量的变化量，和分别为估计剩余参数时最小二乘法方程的设计矩阵和观测向量。
36、在其中一个实施例中，确定收敛阈值的过程包括：
37、计算验后残差的理论方差；根据验后残差的理论方差和阈值调整系数确定收敛阈值为
38、；
39、其中，表示阈值调整系数，为区间[0.75,1.25]内的某一经验值，通常取1，表示验后残差的理论方差。
40、在其中一个实施例中，计算验后残差的理论方差为
41、；
42、其中，为样本点点位误差的方差；为当前星历拟合算法的拟合误差的方差。
43、在其中一个实施例中，若小于收敛阈值，则认为剩余星历参数已经收敛，计算参数的最终估值，退出迭代，包括：
44、若验后残差的标准差小于收敛阈值，则认为剩余参数已收敛，通过计算剩余参数的最终估值，至此，所有参数都已求出估值，退出迭代；其中，为第轮迭代估计的剩余的待估参数向量，为剩余星历参数向量的变化量。
45、上述一种低轨卫星广播星历拟合快速收敛方法，本申请采用“两步法”估计星历参数，先迭代估计半长轴参数，待其收敛后作为已知值，并以验后残差的标准差小于收敛阈值作为收敛判定条件，估计剩余参数，从最重要的半长轴参数开始，优先收敛关键参数，逐步固定其他参数，逐步优化的方法使得整个计算过程更加高效，特别是在参数数量较多的情况下。通过在每一轮迭代中快速判断哪些参数已经收敛，避免了不必要的计算，从而提高了计算效率。通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低轨卫星广播星历拟合快速收敛方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取低轨卫星广播星历的待估星历参数向量，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 根据最小二乘原理对待估星历参数向量估计当前轮次迭代的星历参数向量的变化量，包括：
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，计算半长轴参数的最终估值，包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算剩余星历参数向量的变化量，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算验后残差的标准差，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定收敛阈值的过程包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算验后残差的理论方差为
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若小于收敛阈值，则认为剩余星历参数已经收敛，计算参数的最终估值，退出迭代，包括：
【技术特征摘要】
1.一种低轨卫星广播星历拟合快速收敛方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取低轨卫星广播星历的待估星历参数向量，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 根据最小二乘原理对待估星历参数向量估计当前轮次迭代的星历参数向量的变化量，包括：
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，计算半长轴参数的最终估值，包括：
5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宗楠，肖伟，吴政城，叶小舟，刘文祥，龚航，吕志成，杨馨，李蓬蓬，马明，马春江，袁志敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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