[發明專利]基于抗差最小二乘的GNSS選星方法

在審

• 申請號: 201710970672.9
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107765269A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 魏華波;張小清;張展宇;龐瑞帆;李裕
• 申請（專利權）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號: G01S19/28
• 分類號: G01S19/28
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙)31239
• 代理人: 楊慧

技術領域

本發明屬于衛星導航技術領域，更具體的是涉及一種用于多星座衛星導航系統的選星方法。

背景技術

全球衛星導航系統(GNSS，Global Navigation Satellite System)是一種利用人造地球衛星發射的無線電信號進行導航的綜合系統，能在全球范圍內提供導航服務的衛星導航系統，可為用戶提供全球、全天候、實時的三維導航服務。相比其他導航技術而言，基于GNSS的導航技術具有低成本、高精度、無漂移、覆蓋范圍廣、高實時性等技術優勢，其應用可為地面靜止和運動載體，也可為空間低速、高速運動的飛行器提供高精度定位、定速以及精密授時服務。

隨著GNSS在軍事及民用領域應用越來越為廣泛，各國為了形成自主可控的導航服務能力，都在開發研制屬于自己的導航系統，如技術最為成熟的美國GPS導航系統，我國的北斗衛星導航系統(BDS)，俄羅斯的格洛納斯導航系統GLONASS，歐洲的伽利略導航系統(Galileo)，還有各類區域導航系統，如日本QZSS，印度IRNSS系統等等，未來可用導航衛星個數可達一百余顆。由于接收機通道和處理資源有限，接收機無法對所有觀測衛星進行導航信息處理；且受觀測環境影響可觀測衛星導航數據質量也有差異，數據質量較差的測量信息會導致。因此需對所有觀測到衛星進行選星處理，剔除觀測信號質量較差衛星，選取最優導航衛星組合，以提高導航精度和計算效率。

然而，目前常用的用于GNSS選星算法尚存在如下不足：

(1)局部最優解。傳統的GDOP選星法需要先給定選擇衛星個數，然后再進行選星處理，該方法在給定條件下最優解屬于局部最優解；

(2)效率低、實時性不高。傳統的GDOP法設定不同的個數，所包含的衛星為衛星總數排列組合，然后根據在給定的組合數進行搜索迭代，當觀測到衛星個數增多時，則大大增加選星的計算量，降低了計算效率和實時性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于抗差最小二乘的GNSS選星方法，該GNSS選星方法采用抗差估計技術，能夠識別出觀測數據質量較差的導航衛星，同時自適應地調整各個衛星觀測量的權重值，并進行逐步迭代直到剔除掉所有觀測數據質量較差的衛星；該GNSS選星方法能夠無需給定選星的個數，可自適應地選取全局最優衛星組合，且計算效率高、實時性較高；可快速選取全局最優解，提高導航系統的精度和可靠性。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于抗差最小二乘的GNSS選星方法，包含以下步驟：

步驟一：對接收機A在歷元t時刻觀測到的n顆GNSS衛星構建偽距測量模型；

步驟二：首先利用接收機設備給定的偽距噪聲，設定權值矩陣P的先驗值，再利用最小二乘技術求解步驟一構建的偽距測量模型，得到接收機位置解和鐘差；

步驟三：利用接收機位置解和鐘差計算標準殘差，利用抗差等價權值函數更新權值矩陣P；

步驟四：根據步驟三更新的權值矩陣，對每顆衛星權值進行判斷分析：

如果某顆衛星的權值等于0，將該衛星在偽距測量模型中剔除，同時提出所對應權值矩陣的元素，重新利用最小二乘解算出接收機位置和鐘差解傳遞到步驟三進行迭代分析；

如果所有的衛星的權值都不等于0，則輸出可用衛星，選星程序結束。

優選地，步驟一中，對于接收機A接收到的第s顆GNSS衛星的偽距觀測方程為：

式中，為偽距觀測量；為衛星到接收機的幾何距離,r_A,r^s分別為接收機A的位置向量和衛星s的位置向量；c為真空中的光速；δt_A為接收機鐘差；δt^s為GNSS衛星鐘差；為電離層延遲；為對流層延遲；為符合方差的白噪聲；

對接收機A的位置r_A進行線性化：

式中，為衛星到接收機的方向向量；衛星位置可通過衛星廣播星歷實時解算得到，接收機A的位置信息通過偽距單點定位解算得到；

則接收機A在歷元t時刻觀測到的n顆GNSS衛星的偽距測量模型如公式(3)：

式中，測量值為：設計矩陣為：為待估計接收機位置參數r_A和接收機鐘差δt_A。

優選地，步驟三中，標準殘差為：

式中，為的標準差，i為觀測到第i顆衛星，i＝1,2,…,n。

優選地，步驟三中，抗差等價權值函數為：