一種glonass衛(wèi)星軌道計(jì)算方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS),具體地，設(shè)及一種支持化0NASS衛(wèi) 星軌道計(jì)算方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化0NASS現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，截至2011年12月8日，GLONASS在軌工作衛(wèi)星 達(dá)24顆，已恢復(fù)系統(tǒng)完全運(yùn)行能力。GPS系統(tǒng)在全球范圍實(shí)時(shí)提供全天候定位定時(shí)服務(wù)，隨 著化0NASS系統(tǒng)的修復(fù)和完善，GPS/北斗/GLONASS多模組合導(dǎo)航定位得到了越來越廣泛使 用，多模定位增加了觀測衛(wèi)星數(shù)目，改善了衛(wèi)星幾何分布結(jié)構(gòu)，提高了定位的精度和可用 性，因此對化0NASS系統(tǒng)的研究，具有非常重要的使用價(jià)值。與GI^和北斗系統(tǒng)不同，GLONASS 衛(wèi)星軌道計(jì)算由于衛(wèi)星廣播星歷的不同，可W采用歐拉法、龍格-庫塔法及阿達(dá)姆斯法等， 研究人員也一直不斷研究各種方法來提高化0NASS衛(wèi)星軌道計(jì)算的精度，如清華大學(xué)提出 的用軌道積分方法來精確計(jì)算化0NASS衛(wèi)星坐標(biāo)的公式，東南大學(xué)提出的自動(dòng)積分步長的 化0NASS衛(wèi)星軌道龍格庫塔法，運(yùn)些方法都很好地提高了化0NASS衛(wèi)星軌道的計(jì)算精度和減 少計(jì)算的時(shí)間和空間復(fù)雜度。
[0003] 由于關(guān)于化0NASS衛(wèi)星坐標(biāo)計(jì)算的四階龍格庫塔法可W得到很好的精度，因此在 很長一段時(shí)間內(nèi)得到很廣泛的應(yīng)用。隨著導(dǎo)航定位需求的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出來的各種不同 類型的定位接收機(jī)和用戶終端，導(dǎo)航定位對快速定位的要求越來越高，而且小型化導(dǎo)航忍 片的不斷發(fā)展需要減少忍片算法運(yùn)算量來減少定位時(shí)間和降低忍片功耗?；趥鹘y(tǒng)的四階 龍格庫塔法對化0NASS衛(wèi)星進(jìn)行軌道計(jì)算是每次從衛(wèi)星廣播的參考時(shí)間進(jìn)行軌道積分，由 于化0NASS衛(wèi)星的星歷是在星歷參考時(shí)間的±15分鐘內(nèi)有效，當(dāng)定位系統(tǒng)進(jìn)入有效時(shí)間段 時(shí)，龍格庫塔積分需要W固定步長，通常是60秒，從星歷參考時(shí)間，積分到星歷參考時(shí)間-15 分鐘，（經(jīng)過15步長）；在下一個(gè)歷元，通常是在一秒鐘后，傳統(tǒng)方法又從同樣的星歷參考時(shí) 間起，積分到新歷元時(shí)間，（還是15步長）。因此需要較長的積分時(shí)間，并且隨著積分時(shí)間的 增大計(jì)算量也越大，占用CPU大量的資源，不符合高速發(fā)展高效定位的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種簡單了積分過程和減少了 積分時(shí)間，而且很大程度上節(jié)省接收機(jī)的資源調(diào)用的GLONASS衛(wèi)星軌道計(jì)算方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種GLONASS衛(wèi)星軌道計(jì)算方法，包括W下步驟：
[0007] S1:捕獲化0NASS衛(wèi)星廣播信號，并轉(zhuǎn)換成可用的化0NASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將化0NASS衛(wèi) 星數(shù)據(jù)傳送至?xí)r間判斷模塊；
[000引S2:時(shí)間判斷模塊首先判斷化0NASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星參考時(shí)間tb是否與上一歷 元有所改變，如果判斷發(fā)生參考時(shí)間tb改變，更新參考時(shí)間tb和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟S3， 否則，保留原來的數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟S4;
[0009] S3 :時(shí)間判斷模塊選擇將化ONASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳送至化ONASS步長積分軌道計(jì)算模 塊，GLONASS步長積分軌道計(jì)算模塊經(jīng)過多次龍格庫塔法積分計(jì)算出GLONASS衛(wèi)星位置和速 度；
[0010] S4:時(shí)間判斷模塊比較衛(wèi)星參考時(shí)間和衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間的大小，如果當(dāng)前時(shí)間大于 衛(wèi)星參考時(shí)間并且當(dāng)前時(shí)間與衛(wèi)星參考時(shí)間差在一個(gè)采樣歷元間隔時(shí)，用化0NASS步長積 分軌道計(jì)算模塊重新校正化0NASS衛(wèi)星位置和速度，否則，選擇化0NASS高效軌道計(jì)算模塊 計(jì)算GLONASS衛(wèi)星軌道，經(jīng)一次龍格庫塔法積分計(jì)算出GLONASS衛(wèi)星位置和速度。
[0011] 具體的，所述步驟S3的具體步驟為：
[0012] 化0NASS步長積分軌道計(jì)算模塊運(yùn)用四階龍格庫塔法從衛(wèi)星參考時(shí)間tb時(shí)刻開始 積分，其中，初始位置為衛(wèi)星數(shù)據(jù)中參考時(shí)刻tb的參考坐標(biāo)、速度和加速度，經(jīng)過多次累積 積分后，得到GLONASS衛(wèi)星在當(dāng)前歷元的位置和速度，最終輸出衛(wèi)星位置和速度值。
[0013] 具體的，所述步驟S4的具體步驟為：
[0014] S401:經(jīng)過時(shí)間判斷模塊第一次判斷參考時(shí)間tb沒有發(fā)生改變之后，時(shí)間判斷模 塊再次判斷化0NASS衛(wèi)星參考時(shí)間tb與化0NASS衛(wèi)星星歷發(fā)射時(shí)間tcurrent之間的差值是否小 于確定好的歷元間間隔，即判斷tcurrent-tb<T，如果是，則執(zhí)行步驟S402;否則，執(zhí)行步驟 S403；
[0015] S402:經(jīng)過一預(yù)設(shè)時(shí)間的化0NASS衛(wèi)星軌道計(jì)算之后，累積了該預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的誤 差，用星歷參考值來重新校正衛(wèi)星積分軌道；
[0016] S403:GL0NASS高效軌道計(jì)算模塊運(yùn)用四階龍格庫塔法從上一歷元開始積分，積分 的初始時(shí)間為上一歷元的衛(wèi)星星歷發(fā)射時(shí)間，初始位置為上一歷元化0NASS衛(wèi)星軌道計(jì)算 后所得的衛(wèi)星位置、速度W及星歷中的加速度，一次積分后得到化0NASS衛(wèi)星在當(dāng)前歷元的 位置和速度，最終輸出衛(wèi)星位置和速度值。
[0017] 具體的，所述步驟S402的具體操作為：
[0018] GLONASS步長積分軌道計(jì)算模塊運(yùn)用四階龍格庫塔法從參考時(shí)間tb時(shí)刻開始積 分，初始位置為衛(wèi)星數(shù)據(jù)中參考時(shí)刻tb的參考坐標(biāo)、速度和加速度，經(jīng)過多次累積積分后， 得到GLONASS衛(wèi)星在當(dāng)前歷元的位置和速度，最終輸出衛(wèi)星位置和速度值。
[0019] 在一種優(yōu)選的方案中，所述GLONASS步長積分軌道計(jì)算模塊是基于四階龍格庫塔 積分法，根據(jù)化0NASS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)微分方程式，由參考時(shí)刻tb到衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻tcurrent的多次積 分，其中GLONASS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)微分方程式為：
[0025]
[00%] 其中（x，y，z)分別為衛(wèi)星位置，（dx，dy，dz)分別為衛(wèi)星速度，r為衛(wèi)星與地球中屯、 的幾何距離，4為地球扁率的二階帶諧系數(shù)，a、、μ為PZ-90坐標(biāo)系所采用的基本大地參 數(shù)。
[0027]在一種優(yōu)選的方案中，所述GLONASS高效軌道計(jì)算模塊是基于四階龍格庫塔積分 法，根據(jù)化0NASS衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程式，由上一歷元化0NASS衛(wèi)星解算位置和速度的時(shí)間tcurrent-T到當(dāng)前GLONASS衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)刻tcurrent的一次積分。其中積分過程為：
[0033] 其中向量Xi=[x，y，z，dx，dy，dz]，Xi-l則為上一歷元的衛(wèi)星的位置和速度向量，Yl、 Υ2、Υ3、Υ4為計(jì)算過程的值。
[0034] 由于化0NASS高效軌道計(jì)算模塊只有一次積分過程，所W求解衛(wèi)星位置和速度過 程非常高效，不僅節(jié)省很多時(shí)間，而且節(jié)省了CPU大量資源。
[0035] 在一種優(yōu)選的方案中，所述方法適用于所有使用化0NASS系統(tǒng)進(jìn)行定位的接收機(jī) 和用戶終端。
[0036] 基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種GLONASS衛(wèi)星軌道計(jì)算的系統(tǒng)，包括：
[0037] 定位接收機(jī)，捕獲化0NASS衛(wèi)星廣播信號，并將跟蹤到的化0NASS衛(wèi)星廣播信號轉(zhuǎn) 換為可用的GLONASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
[003引時(shí)間判斷模塊，接收化0NASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，判斷化0NASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星參考時(shí)間 的改變量，并根據(jù)該改變量更新或保留參考時(shí)間和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)；
[0039] GLONASS步長積分軌道計(jì)算模塊，接收更新的參考時(shí)間和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次 龍格庫塔法積分計(jì)算并輸出GLONASS衛(wèi)星位置和速度值；
[0040] GLONASS高效軌道計(jì)算模塊，接收保留的參考時(shí)間和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，經(jīng)一次龍格庫 塔法積分計(jì)算并輸出GLONASS衛(wèi)星位置和速度，
[0041] 所述定位接收機(jī)與時(shí)間判斷模塊連接，所述時(shí)間判斷模塊分別與化0NASS步長積 分軌道計(jì)算模塊及GLONASS高效軌道計(jì)算模塊連接。
[0042] 本發(fā)明提出的化0NASS高效軌道計(jì)算方法，最大程度上減少接收機(jī)運(yùn)算時(shí)間的同 時(shí)，還能明顯地節(jié)省接收機(jī)CPU運(yùn)算資源。本發(fā)明將基于所有涵括化0NASS衛(wèi)星定位的接收 機(jī)。本方法在化0NASS衛(wèi)星廣播星歷改變的第一歷元調(diào)用化0NASS步長積分軌道計(jì)算模塊從 廣播的參考時(shí)間進(jìn)行軌道積分，從第二歷元起基于上一歷元軌道計(jì)算調(diào)用化0NASS高效軌 道計(jì)算模塊，可W-次積分得到衛(wèi)星位置和速度；當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間到達(dá)參考時(shí)間時(shí)，重新運(yùn) 用化0NASS步長積分軌道計(jì)算模塊校正衛(wèi)星軌道，下一歷元繼續(xù)使用GLONASS高效軌道計(jì)算 ?？烨蠼庑l(wèi)星軌道的位置和速度。
[0043] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有W下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于四階龍格庫塔積分法在上一歷元的化0NASS衛(wèi)星位 置和速度的基礎(chǔ)上，計(jì)算當(dāng)前歷元的化0NASS衛(wèi)星位置和速度，只需要一次積分就可W得到 結(jié)果，大大簡單了積分過程和減少了積分時(shí)間，而且很大程度上節(jié)省了接收機(jī)的資源調(diào)用。
【附圖說明】
[0045] 圖1是本發(fā)明的GLONASS衛(wèi)星軌道計(jì)算系統(tǒng)的整體框架圖。
[0046] 圖2是本發(fā)明GLONASS高效軌道計(jì)算方法的方法流程圖。
[0047] 圖3是本發(fā)明GLONASS高效軌道計(jì)算方法的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0049] 實(shí)施例
[0050] 如圖1，本發(fā)明所述的一種化0NASS高效軌道計(jì)算系統(tǒng)，主要有4個(gè)組成部分：定位 接收機(jī)、時(shí)間判斷模塊、GLONASS步長積分軌道計(jì)算模塊和化0NASS高效軌道計(jì)算模塊。時(shí)間 判斷模塊具有判斷化0NASS衛(wèi)星廣播星歷參考時(shí)間是否改變W及比較參考時(shí)間和衛(wèi)星當(dāng)前 時(shí)間值的功能。當(dāng)衛(wèi)星參考時(shí)間改變時(shí)，時(shí)間判斷模塊選擇化0NASS步長積分軌道計(jì)算模 塊，經(jīng)過多次龍格庫塔法積分計(jì)算出化0NASS衛(wèi)星位置和速度；當(dāng)衛(wèi)星參考時(shí)間不改變時(shí)， 時(shí)間判斷?？毂容^衛(wèi)星參考時(shí)間和衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間的大小，如果當(dāng)前時(shí)間剛好大于參考時(shí)間 并且當(dāng)前時(shí)間與參考時(shí)間差在一個(gè)采樣歷元間隔時(shí)，用化0NASS步長積分軌道計(jì)算模塊重 新校正化0NASS衛(wèi)星位置和速度，否則，選擇化0NASS高效軌道計(jì)算模塊計(jì)算化0NASS衛(wèi)星軌 道，經(jīng)一次龍格庫塔法積分就計(jì)算出GLONASS衛(wèi)星位置和速度。W下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0051] 請參考圖1、2,3,本實(shí)施例提供一種GLONASS高效軌道計(jì)算的方法，包括步驟：
[0052] S1:涵括化0NASS定位系統(tǒng)的定位接收機(jī)將捕獲和跟蹤到的化0NASS衛(wèi)星廣播信號 轉(zhuǎn)換為可用的GLONASS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并將衛(wèi)星數(shù)據(jù)送進(jìn)時(shí)間判斷模塊；
[0053] S2:時(shí)間判斷