一種衛(wèi)星星座仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高效的GLONASS(GLObal NAvigat1n Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))信號模擬器中所用的衛(wèi)星星座仿真方法，具體來說，是一種根據(jù)設定的仿真起始時刻從星歷文件中讀取對應時間的星歷參數(shù)，并采用插值算法進行實時高效衛(wèi)星星座仿真的方法。
【背景技術】
[0002]GLONASS信號模擬器是用來模擬不同時間地點、不同運動模型的接收機所接收到的經(jīng)過空間傳播的衛(wèi)星導航信號，其中衛(wèi)星星座的仿真又是信號仿真中一個基礎模塊。
[0003]GPS、Galileo、BeiDou系統(tǒng)廣播星歷播發(fā)的是16或18開普勒軌道根數(shù)，每2h廣播一次，給定一個時刻，可以通過參考時刻的開普勒軌道根數(shù)直接計算衛(wèi)星的位置和速度，而GLONASS系統(tǒng)播發(fā)的是衛(wèi)星位置、速度、加速度信息，如需計算某個時刻的衛(wèi)星位置和速度，必須通過受力模型通過積分得到。目前模擬器在仿真GLONASS衛(wèi)星星座時是根據(jù)PZ90坐標系描述衛(wèi)星運動的微分方程采用龍格-庫塔數(shù)字積分技術實現(xiàn)。對于這種積分方法，要保證衛(wèi)星星座仿真的精確度就要求積分步長要足夠小，因此需要仿真的時刻與參考時刻之間的時間差越大，積分步數(shù)就越多，整個計算所耗時間也隨之增大，不能很好地滿足模擬器實時仿真衛(wèi)星星座的需求。
[0004]隨著全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的現(xiàn)代化進程和快速發(fā)展，各類多系統(tǒng)、多頻點的組合GNSS信號模擬器越來越多，為了更好地與GPS、Galileo、BeiDou系統(tǒng)的線性時間衛(wèi)星位置和速度計算方法相匹配，需要有一種高效的GLONASS衛(wèi)星星座仿真的計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種使用插值算法進行GLONASS衛(wèi)星星座高效仿真的方法，使衛(wèi)星位置和速度計算的時間復雜度線性化，解決GLONASS衛(wèi)星位置和速度計算隨時間間隔增大時間復雜度快速增大的問題。
[0006]為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
一種衛(wèi)星星座仿真方法，該方法為:首先根據(jù)用戶設定的仿真起始時刻，選擇要使用的星歷文件，并讀取相應30min間隔對應時刻的星歷參數(shù)，使用讀取的星歷參數(shù)，利用龍格-庫塔數(shù)字積分算法計算每40s的衛(wèi)星位置和速度，再根據(jù)切比雪夫插值公式求出每30min間隔24h的插值參數(shù)矩陣，當要計算30min內(nèi)任意時刻衛(wèi)星位置或速度時只需要進行一次向量與矩陣相乘。
[0007]其中優(yōu)選的，所述插值參數(shù)矩陣在一次仿真內(nèi)只需要計算一次，所述插值參數(shù)矩陣以30min為一組，當?shù)竭_30min廣播星歷更新時刻時切換到下一組插值參數(shù)。
[0008]具體的講，所述龍格-庫塔數(shù)字積分算法和切比雪夫插值算法均可替換為其他積分和插值算法，以實現(xiàn)更高的仿真精度或者計算效率。
[0009]優(yōu)選的，所述星歷參數(shù)為衛(wèi)星位置、速度和加速度。
[0010]由上可知，本發(fā)明為首先根據(jù)用戶設定的仿真起始時刻，讀取星歷文件中對應時刻的星歷參數(shù)，然后根據(jù)插值算法的公式計算30min間隔的24h插值參數(shù)，在實時仿真衛(wèi)星星座時可以根據(jù)仿真時刻計算出時間向量，與插值參數(shù)相乘后即可計算出要仿真時刻的衛(wèi)星位置和速度。
[0011]與現(xiàn)有技術中的仿真算法相比，本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明使用插值算法代替數(shù)字積分方法，實現(xiàn)線性時間復雜度的衛(wèi)星星座仿真，提高GLONASS信號模擬器衛(wèi)星星座的計算效率，也可以使得其他基于衛(wèi)星星座仿真的計算模塊(如仿真時刻計算模塊、多普勒計算模塊、偽距計算模塊等)計算效率得到有效提高，同時也有效解決了 GLONASS衛(wèi)星位置和速度計算隨時間間隔增大時間復雜度快速增大的問題。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例提供的GLONASS衛(wèi)星星座仿真方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0013]下面對本發(fā)明做進一步詳細描述。本發(fā)明實施例所述的衛(wèi)星星座仿真方法的原理框圖如圖1所示。
[0014]A首先根據(jù)用戶設定的仿真起始時刻，選擇要使用的星歷文件，并讀取相應30min間隔對應時刻的星歷參數(shù)(衛(wèi)星位置、速度、加速度等參數(shù))。
[0015]B使用讀取的星歷參數(shù)，以40s為積分步長利用龍格-庫塔數(shù)字積分算法計算衛(wèi)星位置、速度，并且存儲每30s的衛(wèi)星位置和速度的值到臨時變量內(nèi)。
[0016]C使用30s間隔的衛(wèi)星位置和速度值并根據(jù)插值算法公式計算出30min間隔24h的衛(wèi)星位置和速度的插值參數(shù)，存儲在內(nèi)存內(nèi)。
[0017]D如果沒有到達30min廣播星歷更新時刻，則由仿真時刻計算出時間向量，并與之前計算出的位置的速度插值參數(shù)矩陣進行相乘即可計算出仿真時刻的衛(wèi)星位置和速度，此計算方法的時間復雜度是線性的。如果到達30min星歷更新時刻，則讀取已經(jīng)計算好的下一個30min的衛(wèi)星位置和速度插值參數(shù)，再使用這些參數(shù)進行計算。
[0018]本發(fā)明實施例所述讀取的是RINEX(Receiver Independent Exchange Format，與接收機無關的交換格式)格式的GLONASS星歷文件，星歷文件一般包含以30min為間隔的24h的星歷參數(shù)。根據(jù)仿真起始時刻可以確定其所處的30min間隔，進而讀取相應參考時間的星歷參數(shù)，用于GLONASS星座仿真。
[0019]本發(fā)明實施例所述的使用龍格-庫塔數(shù)字積分方法計算衛(wèi)星位置和速度如下。程序使用讀入的星歷參數(shù)，以40s為積分步長，依據(jù)GLONASS衛(wèi)星的PZ90坐標系下的加速度公式，分步進行龍格-庫塔數(shù)字積分循環(huán)直至積分完成。每一步積分循環(huán)又分四步計算，每40s的衛(wèi)星位置和速度值會存入內(nèi)存內(nèi)的臨時變量，用于接下來計算插值參數(shù)。
[0020]本發(fā)明實施例使用切比雪夫插值公式計算衛(wèi)星位置和速度。在程序開始計算時就完成計算30min間隔24h的切比雪夫插值參數(shù)，此后再利用時間向量與求出的參數(shù)矩陣相乘即可計算30min內(nèi)任意時刻的衛(wèi)星位置和速度。假設插值的初始時間為h，擬合時間的長度為At (本實例采用30min即1800s)的區(qū)間內(nèi)采用η階切比雪夫多項式進行計算t時刻的插值參數(shù)，首先歸一化時間t，再求時間向量T，求出矩陣B。
[0021]然后求出衛(wèi)星位置速度的插值參數(shù)矩陣C，存儲在內(nèi)存或磁盤上 C = (BtB)^1BtI
其中，m為插值點數(shù)，l=(Xl，x2,…，xm)T，X取之前計算出的每30s間隔的衛(wèi)星位置或速度的值，求出的即為相應的位置或速度插值參數(shù)矩陣。
[0022]當要計算30min內(nèi)任意時刻t的衛(wèi)星位置或速度時，先計算時間向量T，再將T與插值參數(shù)矩陣C相乘即可求得衛(wèi)星位置或速度。
[0023]本發(fā)明實施例計算的插值參數(shù)以30min為一組，當?shù)竭_30min廣播星歷更新時刻時切換到下一組30min的插值參數(shù)。
[0024]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進或替換，這些改進或替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種衛(wèi)星星座仿真方法，其特征在于，該方法為:首先根據(jù)用戶設定的仿真起始時亥|J，選擇要使用的星歷文件，并讀取相應30min間隔對應時刻的星歷參數(shù)，使用讀取的星歷參數(shù)，利用龍格-庫塔數(shù)字積分算法計算每40s的衛(wèi)星位置和速度，再根據(jù)切比雪夫插值公式求出每30min間隔24h的插值參數(shù)矩陣，當要計算30min內(nèi)任意時刻衛(wèi)星位置或速度時只需要進行一次向量與矩陣相乘。2.根據(jù)權利要求1所述的一種衛(wèi)星星座仿真方法，其特征在于，所述插值參數(shù)矩陣在一次仿真內(nèi)只需要計算一次，所述插值參數(shù)矩陣以30min為一組，當?shù)竭_30min廣播星歷更新時刻時切換到下一組插值參數(shù)。3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種衛(wèi)星星座仿真方法，其特征在于，所述龍格-庫塔數(shù)字積分算法和切比雪夫插值算法均可替換為其他積分和插值算法，以實現(xiàn)更高的仿真精度或者計算效率。4.根據(jù)權利要求1所述的一種衛(wèi)星星座仿真方法，其特征在于，所述星歷參數(shù)為衛(wèi)星位置、速度和加速度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星星座仿真方法，該方法為每次仿真使用插值算法計算插值參數(shù)并存儲在內(nèi)存或磁盤上，仿真時要計算任意時刻的衛(wèi)星位置和速度只需要進行一次向量與矩陣相乘即可。本發(fā)明具有使得GLONASS衛(wèi)星位置和速度的計算時間不隨時間間隔增大而增長的優(yōu)點，可以實現(xiàn)與GPS、Galileo、BeiDou等系統(tǒng)一樣的線性時間復雜度衛(wèi)星星座仿真。
【IPC分類】G01S19/23
【公開號】CN104914452
【申請?zhí)枴緾N201510275992
【發(fā)明人】施勇
【申請人】海門市明陽實業(yè)有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月26日