一种多卫星导航系统快速选星算法研究与仿真
北斗卫星导航定位系统解算算法的研究
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文北斗卫星导航系统定位解算算法研究摘要卫星导航定位技术由于能够为用户提供全天候、高精度、实时的定位、导航和授时服务，现已被广泛的应用于军事和民用领域。
目前，我国北斗一代系统已应用多年并在过去发挥着巨大作用，北斗二代系统还处于发展阶段。
在此背景下，本文针对了该系统的定位解算算法进行了系统的研究和仿真分析。
本文对现有的四大全球导航定位系统的组成、特点、定位原理进行了分析的同时，对各系统运行中使用的时间系统和坐标系统进行了简单的介绍，该标准是为下文算法建模仿真提供了统一标准。
然后本文在推导和分析北斗系统使用的伪距定位方法基础上，同时给出了北斗一代和北斗二代的定位方法的数学模型。
之后本文针对卫星误差的产生的不同来源，分别对各个误差源产生的机理进行了分析并给出了相应的处理方法。
在以上的总结和分析的基础上，本文的最后给出北斗卫星定位解算算法详尽的推导过程，并针对相应算法进行仿真分析。
其中涉及到的算法有最小二乘解算算法和卡尔曼滤波法。
在对算法的推导过程中，本文系统的分析了代表卫星定位精度的精度因子，由分析可知其值越小定位越准确。
基于对精度因子的研究，本文提出了一种基于几何分布的快速选星的方法。
最后使用Matlab仿真工具对算法仿真分析，并证明其可行性。
关键词北斗卫星导航系统；最小二乘法；卡尔曼滤波；选星；GDOP- I -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文Research of Positioning Solution Algorithm forCOMPASS Navigation SystemAbstractSatellite navigation and positioning technology is able to provide all-weather, high-precision, real-time positioning, navigation and timing sevices. It has been widely used in military and civilian fields.At present, our own BEIDOU generation system has been application for years and played a significant role in the past .COMPASS system is still in the development stage.In this context,this paper conducts the research to satellite positioning solution algorithm and simulation anlysis to the algorithm.In this paper,it analysis the composition,the charactersitics and the positioning principle of the existing four global navigation.At the same time,this paper introduces the time system and the coordinate system of the system with operation system.The standard provide a unified standard for modeling and simulation.Then this paper has the pseudo-distance positioning priciple to anlysis derivation for the Beidou system. Based on the principle of pseudo-range position principle, this paper has the mathematical derivation to positioning method to Beidou system and COMPASS. According to different sources of the satellite error, this paper analysis the feneration mechanis and povide the corresponding treatment. Based on the summary and anlysis, this paper has detailed derivation and simulation analysis to the algorithms of Beidou satellite posioning solution, including least square and the Kalman fiter.In this process, the paper has detailde the detailed derivation to GDOP. It is proved that the smaller GDOP value and the higher accuacy. Based on the derivation to GDOP, this paper provide the method for rapid satellite selection. And it analysis the result of the simulation and prove its feasibity.Keywords Compass Navigation System, Least Squares, Kalman filter, Satellite Selection, GDOP- II -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文目录摘要......................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章绪论. (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状及分析 (2)1.3 主要研究内容 (5)第2章卫星导航系统概述 (6)2.1 GPS全球定位系统 (6)2.2 GLONASS全球导航卫星系统 (7)2.3 欧洲的Galileo系统 (7)2.4 中国的北斗系统 (8)2.4.1 北斗一代系统 (8)2.4.2 北斗二代系统 (9)2.4.3 北斗卫星的坐标系统 (10)2.4.4 北斗卫星的时间系统 (10)2.5 本章小结 (11)第3章北斗卫星定位原理及误差分析 (12)3.1 北斗卫星导航原理 (12)3.1.1 伪距的概念 (12)3.1.2 北斗一代的定位原理 (13)3.1.3 北斗二代的定位原理 (13)3.1.4 卫星轨道运动理论 (14)3.2 卫星误差来源及消除技术 (17)3.2.1 与卫星有关的误差 (17)3.2.2 与地面接收设备相关的误差 (19)3.2.3 与信号传播有关的误差 (20)3.3 本章小结 (23)第4章北斗导航卫星定位算法 (24)4.1 基于最小二乘的PVT解算 (24)4.1.1 最小二乘原理 (24)- III -哈尔滨理工大学工程硕士学位论文4.1.2 基于最小二乘的PVT解算 (25)4.2 精度因子的分析及选星方案的提出 (28)4.2.1 几何精度因子的定义 (28)4.2.2 精度因子计算的改进方法 (29)4.2.3 北斗卫星选星方法 (31)4.2.4 选星方法的提出 (33)4.3 卡尔曼滤波在PVT的应用 (35)4.3.1 递归最小二乘法 (35)4.3.2 基本的卡尔曼滤波器 (36)4.4 仿真结果及分析 (39)4.4.1 基于最小二乘的PVT解算仿真 (39)4.4.2 快速选星方法仿真 (42)4.4.3 卡尔曼滤波仿真 (42)4.5 本章小结 (44)结论 (45)参考文献 (46)攻读硕士学位期间发表的学术论文 (50)致谢............................................................................................... 错误!未定义书签。
北斗导航定位解算算法的研究与软件实现
北斗导航定位解算算法的研究与软件实现北斗导航系统是我国重要的空间基础设施,其建设对于维护我国的国家安全、促进我国的经济发展等都具有重大意义。
卫星导航定位最基本的功能就是为用户提供定位服务,相应的导航接收机定位解算模块的研究及其软件实现也一直是卫星导航领域的研究热点。
因此,本文选择对导航接收机中的定位解算模块进行研究,重点研究该模块中的解算算法对定位精度的影响以及该模块的软件实现。
本文首先对北斗导航系统进行了概述,介绍了该系统的构成、各构成模块的功能特点以及与导航定位密切相关的时间系统和坐标系统。
紧接着,论述了伪距定位的基本原理,并设计了完整的伪距定位实现流程。
之后,本文具体介绍了北斗卫星原始数据文件的存储格式,讨论了如何从北斗原始数据文件中解析出相应的轨道参数。
然后,本文详细讲解了如何利用轨道参数计算可见卫星的位置、提取并修正伪距的方法,通过仿真验证了伪距修正方法和卫星位置计算方法的正确性。
在上述研究的基础上,本文讲解了三种常用解算算法的原理,并通过仿真验证了三种算法的性能。
仿真结果表明,卡尔曼滤波算法的定位精度要高于另外两种算法。
之后,本文重点对卡尔曼滤波算法进行了研究,研究了状态初值对该算法的影响以及实际应用中滤波发散现象的产生原因。
通过分析滤波初值对卡尔曼滤波结果的作用,发现滤波初值越精确,卡尔曼滤波结果更能快速趋于稳定,因此本文提出采用阿尔法贝塔滤波的结果作为卡尔曼滤波的初值;通过讨论滤波发散的产生原因,提出一种抑制滤波发散的算法,即在多历元连续定位情况下,当检测发现某一时刻的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)结果远远大于最小二乘法的定位误差时,系统认为出现了滤波发散,此时舍弃当前的EKF的滤波结果,采用当前时刻的最小二乘定位结果代替该滤波结果,并重置EKF滤波中的状态协方差矩阵。
仿真结果表明,该方法可以有效抑制EKF滤波中出现的发散问题。
同时,本文基于VS 2012平台和MFC开发框架,设计实现了一个北斗定位解算模块的软件。
关于组合卫星导航系统快速选星方法的研究
关于组合卫星导航系统快速选星方法的研究摘要在科学技术不断创新发展的时代背景下，关于卫星导航领域的研究逐渐向着组合卫星导航系统的快速选星这一方向发生转变。
本文通过对组合卫星导航系统快速选星方法研究现状的分析，从选星数目与选星后GDOP之间的关系和选星数目与卫星导航运算量的关系两个方面入手，对组合卫星导航系统选星问题中的数学关系展开研究，并在此基础上，针对组合卫星导航系统的快速选星方法做出思考。
关键词组合卫星导航系统；选星；遗传算法1 组合卫星导航系统快速选星方法的研究现状从组合卫星导航系统快速选星方法的研究现状来看，美国的全球定位系统（简称GPS）以及俄罗斯的全球导航卫星系统（简称GLONASS）已经逐渐发展成为第二代卫星导航定位系统。
在科学技术不断创新发展的背景下，我国的COMPASS系统以及欧盟的GALILEO系统也在积极的组建中。
在可见星数目不断增加的背景下，由于不同卫星导航系统的组合导航，在定位精准度、运行可靠性以及系统可用性等方面的均比单星座导航优秀的多，所以组合卫星导航系统逐渐成为今后发展的必然趋势。
与此同时，由于可见星数目远远多于单星座，所以组合卫星导航系统的定位解算运算量也大幅度增加，进而对组合卫星导航系统定位的实时性造成较大的影响。
为了更好地满足导航接收机在数据处理器负载以及处理速度等方面的实际需求，还需要对组合卫星导航系统的选星问题进行更深层次的研究。
2 组合卫星导航系统选星问题中的数学关系2.1 选星数目与选星后GDOP之间的关系一般情况下，组合卫星导航系统的定位精准度，可以利用几何精度因子以及用户等效距离误差的乘积进行表示，具体如下：公式中的p代表组合卫星导航系统定位精准度的标准偏差，GDOP则主要代表几个精度因子，UERE主要代表用户等效距离误差的标准误差数值。
从公式（1）中可以看出，GDOP反映了组合卫星导航系统中定位卫星星座的拓扑结构对于用户等效距离误差的标准误差数值的实际放大程度。
GPS北斗定位解算算法的研究
GPS北斗定位解算算法的研究一、本文概述随着全球定位系统的快速发展，GPS和北斗卫星导航系统已成为人们日常生活中不可或缺的定位技术。
它们通过接收来自多个卫星的信号，计算出接收器在地球上的位置，为导航、测量、军事等领域提供了强大的支持。
然而，GPS和北斗定位解算算法的研究，作为定位技术的核心，其复杂性和精度要求使得这一领域的研究具有重要的理论价值和实践意义。
本文旨在深入研究GPS和北斗定位解算算法，分析其原理、特点和优化方法，旨在提高定位精度和效率。
文章首先简要介绍了GPS和北斗卫星导航系统的基本原理和发展现状，然后重点阐述了定位解算算法的基本理论和关键技术，包括信号接收、信号处理、定位解算等过程。
在此基础上，文章对现有的定位解算算法进行了分析和比较，指出了各自的优缺点和适用范围。
为了进一步提高定位精度和效率，文章还探讨了定位解算算法的优化方法。
通过引入先进的信号处理技术和优化算法，对传统的定位解算算法进行了改进和创新。
这些优化方法包括滤波技术、最小二乘法、神经网络等，它们可以有效地提高定位精度、减少定位时间和降低误差。
文章对GPS和北斗定位解算算法的未来发展趋势进行了展望。
随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，定位解算算法将面临着更多的挑战和机遇。
未来，我们将继续深入研究定位解算算法，推动其在导航、测量、军事等领域的应用和发展。
本文的研究将为GPS和北斗定位解算算法的优化和应用提供理论支持和实践指导，有助于推动我国卫星导航事业的发展和创新。
二、GPS和北斗卫星导航系统概述全球定位系统（GPS）是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、车行速度及精确的时间信息。
该系统由空间部分——GPS卫星、地面控制部分-地面监控系统、用户部分-GPS 信号接收器三大部分组成。
GPS系统最初是为了军事目的设计的，但现在已经广泛应用于商业和民用领域，包括航空、航海、车辆导航、测量和地理信息系统等。
u-center 使用手册
u-center 使用手册u-center是一种高度人工集成导航解决方案，用于管理和控制全球卫星导航系统（GNSS）接收器。
这个软件是由瑞士的Swiss company u-blox开发的，它被广泛应用于自动驾驶、航空航天、汽车导航、无人机和移动设备等领域。
首先，u-center提供了一个直观易用的用户界面。
它的主要功能包括接收器的配置、实时数据显示、数据记录和导航解决方案的评估。
通过图形化界面，用户可以轻松地进行各种设置和操作。
这使得即使对于没有技术背景的用户来说，也能够快速上手和使用这个软件。
其次，u-center支持多种卫星导航系统，包括GPS、GLONASS、Galileo和BeiDou等。
用户可以选择合适的导航系统来获取位置、速度和时间等信息。
同时，u-center还提供了对导航消息的解码和显示功能，使用户能够实时监控和分析卫星导航数据。
此外，u-center内置了一套强大的调试工具和仿真器。
用户可以模拟不同的接收器配置和环境条件，以便对导航解决方案进行测试和验证。
这个功能对于开发和调试导航应用程序非常有帮助，可以提高应用程序的准确性和性能。
另外，u-center还提供了数据记录和回放功能。
用户可以将接收器的原始数据记录下来，以便离线分析和验证导航算法。
同时，用户还可以通过回放功能重现真实的导航场景，以便进行虚拟测试和性能评估。
在使用过程中，u-center还提供了丰富的帮助文档和培训资料。
用户可以通过在线文档、视频教程和示例代码来学习和使用这个软件。
此外，u-center的开发者社区也提供了大量的技术博客和讨论区，用户可以在这里分享和获取相关的经验和知识。
总结起来，u-center是一款强大的导航解决方案管理软件。
它具有直观易用的用户界面、多样化的导航系统支持以及强大的调试和测试功能。
无论是专业的导航工程师还是普通用户，都可以通过u-center的帮助，更好地管理和控制GNSS接收器，并提高导航解决方案的准确性和性能。
高精度北斗导航定位系统设计与实现
高精度北斗导航定位系统设计与实现导语：随着卫星导航技术的快速发展，全球定位系统（GPS）在生活中的应用越来越广泛。
而作为我国自主研发的全球卫星导航系统，北斗导航系统在提供导航定位服务方面具备独特的优势。
为了满足用户对于高精度定位需求，高精度北斗导航定位系统的设计与实现成为一个重要的研究方向。
本文将介绍高精度北斗导航定位系统的设计原理与实现方法。
一、设计原理高精度北斗导航定位系统主要包括信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块。
下面将详细介绍这些模块的设计原理。
1. 信号接收与处理高精度北斗导航定位系统首先需要接收卫星发射的导航信号。
一般情况下，系统会选择多颗卫星进行信号接收，以提高定位精度。
接收到的信号需要进行预处理，包括频率同步、码相对齐等操作，以便后续的数据计算与校正。
2. 数据计算与校正接收到的导航信号中包含了多种参数，如卫星位置、钟差等。
系统需要对这些参数进行计算和校正，以获得更精确的定位结果。
数据计算与校正主要涉及导航星历解算、钟差修正等算法，采用高精度的数学模型来提高定位精度。
3. 定位算法与精度优化根据接收到的导航信号和经过计算与校正的参数，系统可以通过定位算法来估计用户的位置。
定位算法有多种，常用的包括最小二乘法（LS）、卡尔曼滤波（KF）等。
为了提高定位精度，系统还可以采用精度优化的方法，如差分定位、多智能体定位等技术。
二、实现方法高精度北斗导航定位系统的实现需要考虑多个方面的因素，包括硬件设备、软件算法以及系统架构等。
下面将介绍高精度北斗导航定位系统的实现方法。
1. 硬件设备高精度北斗导航定位系统的硬件设备包括天线、接收机、信号处理器等。
天线用于接收导航信号，接收机负责信号的放大和处理，信号处理器用于对信号进行解调和解码。
为了提高定位精度，硬件设备要具备高灵敏度和低噪声的特点。
2. 软件算法高精度北斗导航定位系统的软件算法是实现高精度定位的关键。
根据设计原理中提到的信号接收与处理、数据计算与校正、定位算法与精度优化等模块，可以选择合适的算法来实现系统功能。
北斗导航系统定位算法仿真研究的开题报告
北斗导航系统定位算法仿真研究的开题报告一、研究背景与意义：北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统，其在国家经济建设、社会发展、国防安全等方面都具有重要的战略意义。
因此，对于北斗卫星导航系统的定位算法进行研究，不仅对我国卫星导航领域的发展具有重要意义，而且对于推进国家高新技术的发展、提升我国综合国力和国际竞争力都是有益作用的。
本研究从北斗导航系统的整体架构出发，重点研究北斗导航系统的定位算法。
研究旨在通过模拟实验的方式，探索并验证北斗导航系统定位算法的优化方案，为我国卫星导航领域的发展提供理论依据。
二、研究内容：（1）北斗导航系统概述本部分将介绍北斗卫星导航系统的整体架构以及其组成部分的功能，并从理论层面上探讨北斗导航系统的优势及应用范围。
（2）北斗导航系统定位算法本部分将系统地介绍北斗导航系统的定位算法，包括单点定位算法、差分定位算法、动态定位等，同时简要比较和分析不同算法的优劣，选择最优算法进行仿真研究。
（3）北斗导航系统定位算法仿真本部分将利用Matlab/Simulink等工具对所选的北斗导航系统定位算法进行仿真，建立仿真模型，并对模型实施各种场景下的测试和分析。
（4）结果分析和总结本部分将对仿真结果进行分析和总结，并提出对北斗导航系统定位算法的优化方案，为我国卫星导航领域的发展贡献自己的力量。
三、研究方法：本研究将采用文献研究、理论分析和仿真研究相结合的方法，分析和评估北斗导航系统的定位算法，并通过模拟实验探索并验证其优化方案。
四、预期结果：通过本研究的实施，旨在建立北斗导航系统定位算法仿真模型，探索并验证其优化方案，进一步完善北斗导航系统的定位算法，在一定程度上提升北斗卫星导航系统的性能和精度，为我国卫星导航领域的发展做出新的贡献。
面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法研究
面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法研究一、本文概述随着航天技术的飞速发展，多卫星系统的复杂性日益增加，其效能优化问题已成为航天领域研究的热点。
本文旨在探讨面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法，为实际的多卫星系统设计、运行和优化提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了多卫星系统的基本构成和特点，分析了当前多卫星系统建模与仿真研究的现状和发展趋势。
在此基础上，本文提出了一种面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模方法，包括系统模型的构建、仿真环境的搭建、仿真数据的处理和分析等方面。
该方法综合考虑了多卫星系统的复杂性、动态性和不确定性，能够有效地模拟多卫星系统的实际运行过程，为效能优化提供有力支持。
本文还深入研究了多卫星系统效能评估的关键技术，包括效能指标体系的构建、效能评估方法的选择和实现等。
通过对多卫星系统效能的全面评估，可以及时发现系统中的瓶颈和问题，为系统的优化和改进提供重要依据。
本文通过实例分析，验证了所提建模与仿真方法的有效性和实用性。
实验结果表明，该方法能够准确地模拟多卫星系统的运行过程，为效能优化提供有力支持，具有重要的理论意义和应用价值。
本文的研究不仅对多卫星系统建模与仿真技术的发展具有重要的推动作用，同时也为航天领域的科技创新和实际应用提供了有力的支撑和保障。
二、多卫星系统概述多卫星系统，也称为卫星星座或卫星编队，是由多个卫星组成的协同工作的空间系统。
这些卫星通常被设计用于执行复杂的空间任务，包括但不限于全球导航定位、地球观测、通信中继、天气预报、气候变化监测以及深空探测等。
多卫星系统的核心优势在于其能够通过多颗卫星的协同工作，实现对地观测、通信覆盖等任务的冗余性和增强性，从而提高系统的可靠性和效能。
在多卫星系统中，卫星之间的协同和调度是至关重要的问题。
由于卫星在空间中的位置和姿态不断变化，因此需要有效的调度算法来确保各个卫星能够按照预定计划执行任务。
多卫星系统还需要考虑能源管理、数据传输、轨道维持等多个方面的问题，以确保整个系统的稳定运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
-8
-10 -10
-8
-6
-4
-2
0 南
2
4
6
8
10
图 2 用户可见星方位/仰角图
图 2 中，对各个系统的卫星进行编号为， GPS： 1-24 ， GLONASS ： 25-48 ， GALILEO ： 49-75 ， COMPASS：76-87。用正方形标出的卫星是采用最 小 GDOP 法[3]所排除的 20%可见星。由图 2 的排除 星在整体中的分布情况及遍历设置的任意时刻、任 意 用 户 位 置的 仿 真 结 果均 表 明 ： 排除 星 均 处 于 且有一个或多个方位角邻近 30 ~ 60 仰角范围内， 的其它星.由最大体积法原理知， 所选择的定位卫星 到用户的单位矢量组成的体积 V 应尽可能接近所有 卫星和用户的单位矢量组成的多面体体积，因此对 处于仰角 30 ~ 60 范围内的可见星而言， 如果其中 某两颗卫星的方位角较接近，再结合整体可见星仰 角分布信息，排除其中的一颗，对所有卫星和用户 所组成的多面体体积影响会很小，因而可以保证获
ELi = tan 2 2 xL + yL i i
z Li
（5）
′ = (eix H Si
eiy
eiz ) cos ELi cos Ai sin Ei )
= (cos ELi sin Ai
（4）
xL Ai = tan −1 i yP = trace( H comb H comb ) −1
1 多卫星导航系统 GDOP 的分析
卫星导航在一定的测距误差下，GDOP 值表征 了定位精度的大小，它反映了由于卫星几何关系的 影响造成的伪距测量误差与用户位置误差间的比 例系数，是对用户测距误差的放大程度，因此本文 建立了多卫星导航系统的几何精度因子（GDOP） 分析模型。 ′ H GPS H′ Galileo = H GLONASS ′ ′ H COMPASS 1GPS 0Galileo 0GLONASS 0COMPASS 0GPS 1Galileo
Key words：Multi-Satellite Navigation System; GDOP; Fast Satellite Selection Algorithm
最大体积法[1]，及它们的一些简化算法[2,3]。
0 引言
在 GPS 单系统中， 一般通过最佳几何精度因子 法或最大体积法选取 4 至 5 颗最优星进行定位。目 前传统的选星算法主要有最佳几何精度因子法和
排序，计算出前后两颗卫星的方位角之差，再对方 位角的差值进行从小到大排序，选择出方位角差值 最小的前 K − m 组卫星，每组中有两颗卫星。 （4）最后若为单频接收机，各系统按等权处
GDOP
2.5
2
理，则依据 k1 、 k 2 的比例关系，排除中仰角区中方 位角邻近的两颗卫星中的一颗。根据本文的先验实 验统计，遮蔽角设为 5 时，高仰角区卫星和低仰角 （假设卫星分布 区卫星的平均数目比 k1 ∶ k 2 ≈ 1∶3 均匀，该结论是和高仰角区球冠的侧面积与低仰角 区球台的侧面积比是一致的） 。 若 某 时 刻 k1 ∶ k 2 < 1∶3，则选择每组中偏高仰角卫星，排除偏低 仰角卫星，补充高度方向信息；反之，选择偏低仰 角卫星，补充水平方向信息。 若为双频接收机，各系统按加权处理[7]，此时 各系统误差中差异较大的是接收机噪声误差和星 钟误差，而接收机误差主要取决于测距码长，码长 周期越小，测距精度越高，可根据码片周期及星钟 误差排除中仰角区方位角邻近的两颗卫星中的一 颗。 （5）最终得出被排除卫星的编号，并以此得 出选取的次优星编号，实现间接选星。
第3期
刘宁 等：一种多卫星导航系统快速选星算法研究与仿真
·183·
2 快速选星算法
2.1 所选卫星的分布规律 为了达到对多卫星导航系统的性能要求，所需 选出的可见星数目仍然较多。若按照传统的思维方 式，通过找出所选星的分布规律以实现选星，会加
10 北
大选星算法的复杂度。因此本文采用逆向思维方 式，通过分析数目相对较少的被排除卫星的仰角和 方位角的分布规律，确定对冗余卫星的排除方法， 保留分布次优星，从而实现间接选星。四星座多卫 星导航系统，遮蔽角设为 5 ，本地时间 t ＝12h 时 得出的北京地区某用户的可见星方位角/仰角图， 见 图 2。
2013 年 6 月第 3 期
现代导航
·181·
一种多卫星导航系统快速选星算法研究与仿真
刘宁，李斌，路阳
(中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068)
摘
要：多卫星系统导航时，可见星数目大幅度增加，导致导航解算运算量成几十倍增长，
加重了用户接收机尤其高动态接收机的负担。针对传统选星算法在卫星数目较多时耗时太长，无 法满足导航实时性要求的问题，提出了一种适用于多卫星导航系统选取多颗次优星的快速选星算 法，通过建立多卫星导航系统的几何精度因子（GDOP）分析模型，基于可见星仰角及方位角的 分区、筛选，给出了被排除卫星的分布规律。仿真结果表明，在损失较少定位精度的情况下，可 大大减少导航定位解算的运算量。 关键词：多卫星导航系统；几何精度因子；快速选星算法 中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7976-(2013)03-181-05
Research on and Simulation of Fast Satellite selection Algorithm for Multi-Satellite Navigation System
LIU Ning, LI Bin, LU Yang
Abstract: When Multi-satellite navigation system works, the increase in visible satellites leads to grow the computation of
收稿日期：2013-03-27。资助信息：国家科技支撑计划课题 -GNSS 地基增强系统，课题编号 2011BAH24B03。
最佳几何精度因子法又称最佳选星法[1,4]， 在 所 有仰角大于遮蔽角的 N 颗可观测卫星中， 选取 m 颗 分布最好的卫星，即遍历计算各种可能组合的几何 精度因子(GDOP)，并选择 GDOP 值最小的一组作
navigation solution by several dozens times, imposing heavy burden on user’s receiver, especially on high dynamic receiver. Comparing with traditional satellite selection algorithm, which can’t meet real time navigation requirement due to spending too long time in satellites selection, a fast satellite selection algorithm is proposed for multiple satellites navigation system to select several suboptimal stars. Through the establishment of the GDOP analysis model of multi-satellite navigation system, in combination with the partition and selection of the elevation and azimuth of visible satellites, a distributed rule of the excluded satellites is presented. The simulation shows that with less loss of positioning accuracy, it can substantially reduce the computation of the navigation positioning solution.
0 ~ 30 、 30 ~ 60 、 60 ~ 90 ，分别称为低仰角
区、中仰角区和高仰角区，并计算出高仰角区和低 仰角区的卫星数目 k1 、k 2 及其比例，得到整体可见 星仰角的分布信息。 （3）在中仰角区可见星中，对其方位角进行
·184·
现代导航
3
2013 年
选星前 G DO P值 选星后 G DO P值 选星前后 G DO P差值
8
.28 .5
6 .20 4
.59 .58 .30
.29 .26 .31 .13 西0 .62 .86 .57 .23
.60 .32 .24
2
30°
60°
90°
60°
30°
东 .55
.2 .54 -2 .76 -4 .14 .77.34 .1 .65 .87 .78 .81 .79
.27
.80
.17 -6 .68 .48
m 40
在 GNSS 系统中，精度可表示为几何精度因子 和用户测距误差的乘积[6]，即：
[5]
σ A = GDOP ⋅ σ UERE
（1）
式中， σ UERE 为用户测距误差。本论文采用两种处 理方式，一种方式是针对单频 GNSS 接收机，取消 SA 后，电离层误差是卫星导航系统中对定位精度 影响最大的误差因素，电离层误差的大小跟卫星到 用户的仰角和方位角密切相关，与系统无关，所以 各个系统的单频测距误差的差异较小，采用和文献 7 中的相同分析方法，假设各个系统的等效测距误 差近似一致，各系统间采用等权处理。另一种方式 是针对双频 GNSS 接收机，消除了电离层误差后， 不考虑多径误差的情况下，主要误差便为星历星钟 误差和接收机噪声误差，我们筛选卫星时对几何分 布和系统误差的差异进行综合考虑（加权处理）[7]。 考虑到几何精度因子是卫星 / 用户几何布局的 函数，多卫星导航系统的几何精度因子为：