一种基于GLONASS历书参数的卫星位置与速度预报方法与流程

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于glonass历书参数的卫星位置与速度预报方法。

背景技术：

历书参数是卫星导航系统导航电文的重要组成部分，其在导航接收机信号捕获过程中起着十分重要的作用。在没有辅助信息的情况下，接收机根据历书参数估算卫星的概略位置和速度，复现可见卫星并进行搜索，避免漫天搜星。同时，根据卫星速度估算卫星相对接收机的概略多普勒频移，可在信号捕获阶段辅助频域搜索信号，大大缩短了卫星信号捕获时间，进而缩短了首次定位时间。因此，历书参数用户算法的简洁有效直接影响导航接收机信号捕获跟踪性能。现有glonass历书参数用户算法采用基于卫星轨道平均根数的解析模型方法，该方法表达式复杂、计算步骤多。本发明提出了一种简易快速的glonass历书参数用户算法，并给出了详尽的计算步骤和具体的计算公式。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于glonass历书参数的卫星位置与速度预报方法，能够利用glonass历书参数快速估算卫星位置及速度的问题，计算量小。

本发明的基于glonass历书参数的卫星位置与速度预报方法，包括如下步骤：

步骤1，根据glonass历书参数中的一天首次经过升交点的时间 计算观测时刻t相对 的归化时间tk：

步骤2，计算tk时刻卫星轨道周期tk、卫星运动平均角速度n0k和卫星轨道半长轴ak：

n0k＝2π/tk

其中， 为glonass历书参数中的首次过升交点时刻对卫星轨道周期平均值的修正值； 为 的变化率；gm为pz-90坐标系的地球引力常数；

步骤3，计算 时刻的卫星轨道偏近点角e0k和平近点角m0k：

其中， 为glonass历书参数中的首次过升交点时刻卫星轨道的近地点角， 为glonass历书参数中的首次过升交点时刻卫星轨道偏心率；

步骤4，计算tk时刻赤经平均变化率

其中，re为地球半径；j2为重力场带谐系数；ik为卫星轨道倾角， pk为卫星与地心的径向距离， 为glonass历书参数中的过升交点时刻对卫星轨道倾角平均值的修正值；

步骤5，计算tk时刻卫星平均角速度变化率

步骤6，计算tk时刻卫星平近点角mk：

步骤7，以mk作为ek-1的初值，利用牛顿迭代的方法计算tk时刻的偏近点角ek：

迭代结束条件为|ek-ek-1|≤10σ；其中σ根据计算精度而定；

步骤8，计算tk时刻卫星轨道纬度幅角φk和径矢rk：

步骤9，根据卫星轨道的轨道六根数定义，计算各卫星轨道参数变化率：卫星轨道的平近点角变化率 偏近点角变化率 纬度幅角变化率 半场轴变化率 升交点赤经变化率 地球旋转速率ωe和径矢变化率

步骤10，计算卫星在轨道坐标系的位置(x'k,y'k,z'k)和速度(v'x，v'y，v'z)：

x'k＝rkcosφk,y'k＝rksinφk,z'k＝0

步骤11，计算tk时刻卫星轨道升交点经度ωk：

步骤12，计算卫星在pz-90坐标系下的位置和速度，得到卫星位置(xk，yk，zk)与速度(vxk，vyk，vzk)：

xk＝x'kcosωk-y'kcosiksinωk

yk＝x'ksinωk+y'kcosikcosωk

zk＝y'ksinik

vyk＝v'xksinωk-v'ykcosikcosωk-xkωk。

vzk＝v'yksinik

有益效果：

对比现有技术，本发明能够有效降低算法复杂度，实现glonass历书参数用户算法，在已知历书时，可利用本发明中的方法计算卫星轨道位置及速度信息，且计算量小。

具体实施方式

下面举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明基于glonass历书参数的特殊定义，对现有经典gps用户算法模型进行有针对性地改进，提供了一种基于glonass历书参数的卫星位置与速度预报方法，基于卫星轨道动力学原理及卫星位置速度的轨道根数表示方法，根据glonass历书参数(如表1所示)计算观测时刻的平均角速度、半长轴、偏近点角、平近点角以及升交点赤经等轨道参数及其变化率，进而求得观测时刻的纬度幅角、纬度幅角变化率、径矢以及径矢变化率，由此可求得卫星在轨道坐标系的位置和速度，根据坐标转换公式最终求得卫星在pz-90坐标系下的位置和速度。

表1glonass历书参数

具体包括如下步骤：

步骤1，指定任意观测时刻t，计算其相对 的归化时间tk：

其中， 为历书参数中的一天首次经过升交点的时间。

步骤2，基于卫星轨道周期的一阶变化率，计算tk时刻卫星轨道周期tk：

其中， 为历书参数中首次过升交点时刻对卫星轨道周期平均值(43200s)的修正值； 为 的变化率。

步骤3，计算tk时刻卫星运动平均角速度n0k以及卫星轨道半长轴ak：

n0k＝2π/tk(3)

其中，gm为pz-90坐标系的地球引力常数。

步骤4，计算 时刻的卫星轨道偏近点角e0k和平近点角m0k：

其中， 为历书参数中的首次过升交点时刻卫星轨道的近地点角， 为历书参数中的首次过升交点时刻卫星轨道偏心率。

步骤5，由于glonass卫星位置预报时间较短，忽略地球运行中地球非球形摄动高阶变化量以及日月设动小量，计算tk时刻赤经平均变化率

其中，re为地球半径，j2为重力场带谐系数，ik为卫星轨道倾角，计算方法见式(8)；pk为卫星与地心的径向距离，计算方法见式(9)：

其中， 为历书参数中的过升交点时刻对卫星轨道倾角平均值的修正值。

步骤6，根据卫星运行周期和卫星运动平均角速度的显示表达式关系，计算tk时刻卫星平均角速度变化率

步骤7，计算tk时刻的卫星平近点角mk：

以mk作为ek-1的初值，利用牛顿迭代的方法计算tk时刻的偏近点角ek：

迭代结束条件为|ek-ek-1|≤10σ，其中σ根据计算精度而定，一般取-12。

步骤8，计算tk时刻卫星轨道纬度幅角φk和径矢rk：

步骤9，根据卫星轨道的轨道六根数定义，计算各卫星轨道参数变化率：

其中， 为平近点角变化率， 为偏近点角变化率， 为纬度幅角变化率， 为半场轴变化率， 为升交点赤经变化率，ωe为地球旋转速率， 为径矢变化率。

步骤10，计算卫星在轨道坐标系的位置和速度：

步骤11，计算tk时刻卫星轨道升交点经度ωk：

步骤12，计算卫星在pz-90坐标系下的位置和速度：

xk＝x'kcosωk-y'kcosiksinωk

yk＝x'ksinωk+y'kcosikcosωk(24)

zk＝y'ksinik

vzk＝v'yksinik

至此，就完成了由glonass历书参数到卫星轨道位置及速度的计算。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。