本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于glonass歷書參數(shù)的衛(wèi)星位置與速度預(yù)報方法。

背景技術(shù)：

歷書參數(shù)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航電文的重要組成部分，其在導(dǎo)航接收機(jī)信號捕獲過程中起著十分重要的作用。在沒有輔助信息的情況下，接收機(jī)根據(jù)歷書參數(shù)估算衛(wèi)星的概略位置和速度，復(fù)現(xiàn)可見衛(wèi)星并進(jìn)行搜索，避免漫天搜星。同時，根據(jù)衛(wèi)星速度估算衛(wèi)星相對接收機(jī)的概略多普勒頻移，可在信號捕獲階段輔助頻域搜索信號，大大縮短了衛(wèi)星信號捕獲時間，進(jìn)而縮短了首次定位時間。因此，歷書參數(shù)用戶算法的簡潔有效直接影響導(dǎo)航接收機(jī)信號捕獲跟蹤性能。現(xiàn)有g(shù)lonass歷書參數(shù)用戶算法采用基于衛(wèi)星軌道平均根數(shù)的解析模型方法，該方法表達(dá)式復(fù)雜、計算步驟多。本發(fā)明提出了一種簡易快速的glonass歷書參數(shù)用戶算法，并給出了詳盡的計算步驟和具體的計算公式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于glonass歷書參數(shù)的衛(wèi)星位置與速度預(yù)報方法，能夠利用glonass歷書參數(shù)快速估算衛(wèi)星位置及速度的問題，計算量小。

本發(fā)明的基于glonass歷書參數(shù)的衛(wèi)星位置與速度預(yù)報方法，包括如下步驟：

步驟1，根據(jù)glonass歷書參數(shù)中的一天首次經(jīng)過升交點(diǎn)的時間計算觀測時刻t相對的歸化時間tk：

步驟2，計算tk時刻衛(wèi)星軌道周期tk、衛(wèi)星運(yùn)動平均角速度n0k和衛(wèi)星軌道半長軸ak：

n0k＝2π/tk

其中，為glonass歷書參數(shù)中的首次過升交點(diǎn)時刻對衛(wèi)星軌道周期平均值的修正值；為的變化率；gm為pz-90坐標(biāo)系的地球引力常數(shù)；

步驟3，計算時刻的衛(wèi)星軌道偏近點(diǎn)角e0k和平近點(diǎn)角m0k：

其中，為glonass歷書參數(shù)中的首次過升交點(diǎn)時刻衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)角，為glonass歷書參數(shù)中的首次過升交點(diǎn)時刻衛(wèi)星軌道偏心率；

步驟4，計算tk時刻赤經(jīng)平均變化率

其中，re為地球半徑；j2為重力場帶諧系數(shù)；ik為衛(wèi)星軌道傾角，pk為衛(wèi)星與地心的徑向距離，為glonass歷書參數(shù)中的過升交點(diǎn)時刻對衛(wèi)星軌道傾角平均值的修正值；

步驟5，計算tk時刻衛(wèi)星平均角速度變化率

步驟6，計算tk時刻衛(wèi)星平近點(diǎn)角mk：

步驟7，以mk作為ek-1的初值，利用牛頓迭代的方法計算tk時刻的偏近點(diǎn)角ek：

迭代結(jié)束條件為|ek-ek-1|≤10σ；其中σ根據(jù)計算精度而定；

步驟8，計算tk時刻衛(wèi)星軌道緯度幅角φk和徑矢rk：

步驟9，根據(jù)衛(wèi)星軌道的軌道六根數(shù)定義，計算各衛(wèi)星軌道參數(shù)變化率：衛(wèi)星軌道的平近點(diǎn)角變化率偏近點(diǎn)角變化率緯度幅角變化率半場軸變化率升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率地球旋轉(zhuǎn)速率ωe和徑矢變化率

步驟10，計算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)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

步驟11，計算tk時刻衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)經(jīng)度ωk：

步驟12，計算衛(wèi)星在pz-90坐標(biāo)系下的位置和速度，得到衛(wèi)星位置(xk，yk，zk)與速度(vxk，vyk，vzk)：

xk＝x'kcosωk-y'kcosiksinωk

yk＝x'ksinωk+y'kcosikcosωk

zk＝y(tǒng)'ksinik

vyk＝v'xksinωk-v'ykcosikcosωk-xkωk。

vzk＝v'yksinik

有益效果：

對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠有效降低算法復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)glonass歷書參數(shù)用戶算法，在已知?dú)v書時，可利用本發(fā)明中的方法計算衛(wèi)星軌道位置及速度信息，且計算量小。

具體實(shí)施方式

下面舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明基于glonass歷書參數(shù)的特殊定義，對現(xiàn)有經(jīng)典gps用戶算法模型進(jìn)行有針對性地改進(jìn)，提供了一種基于glonass歷書參數(shù)的衛(wèi)星位置與速度預(yù)報方法，基于衛(wèi)星軌道動力學(xué)原理及衛(wèi)星位置速度的軌道根數(shù)表示方法，根據(jù)glonass歷書參數(shù)(如表1所示)計算觀測時刻的平均角速度、半長軸、偏近點(diǎn)角、平近點(diǎn)角以及升交點(diǎn)赤經(jīng)等軌道參數(shù)及其變化率，進(jìn)而求得觀測時刻的緯度幅角、緯度幅角變化率、徑矢以及徑矢變化率，由此可求得衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系的位置和速度，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式最終求得衛(wèi)星在pz-90坐標(biāo)系下的位置和速度。

表1glonass歷書參數(shù)

具體包括如下步驟：

步驟1，指定任意觀測時刻t，計算其相對的歸化時間tk：

其中，為歷書參數(shù)中的一天首次經(jīng)過升交點(diǎn)的時間。

步驟2，基于衛(wèi)星軌道周期的一階變化率，計算tk時刻衛(wèi)星軌道周期tk：

其中，為歷書參數(shù)中首次過升交點(diǎn)時刻對衛(wèi)星軌道周期平均值(43200s)的修正值；為的變化率。

步驟3，計算tk時刻衛(wèi)星運(yùn)動平均角速度n0k以及衛(wèi)星軌道半長軸ak：

n0k＝2π/tk(3)

其中，gm為pz-90坐標(biāo)系的地球引力常數(shù)。

步驟4，計算時刻的衛(wèi)星軌道偏近點(diǎn)角e0k和平近點(diǎn)角m0k：

其中，為歷書參數(shù)中的首次過升交點(diǎn)時刻衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)角，為歷書參數(shù)中的首次過升交點(diǎn)時刻衛(wèi)星軌道偏心率。

步驟5，由于glonass衛(wèi)星位置預(yù)報時間較短，忽略地球運(yùn)行中地球非球形攝動高階變化量以及日月設(shè)動小量，計算tk時刻赤經(jīng)平均變化率

其中，re為地球半徑，j2為重力場帶諧系數(shù)，ik為衛(wèi)星軌道傾角，計算方法見式(8)；pk為衛(wèi)星與地心的徑向距離，計算方法見式(9)：

其中，為歷書參數(shù)中的過升交點(diǎn)時刻對衛(wèi)星軌道傾角平均值的修正值。

步驟6，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行周期和衛(wèi)星運(yùn)動平均角速度的顯示表達(dá)式關(guān)系，計算tk時刻衛(wèi)星平均角速度變化率

步驟7，計算tk時刻的衛(wèi)星平近點(diǎn)角mk：

以mk作為ek-1的初值，利用牛頓迭代的方法計算tk時刻的偏近點(diǎn)角ek：

迭代結(jié)束條件為|ek-ek-1|≤10σ，其中σ根據(jù)計算精度而定，一般取-12。

步驟8，計算tk時刻衛(wèi)星軌道緯度幅角φk和徑矢rk：

步驟9，根據(jù)衛(wèi)星軌道的軌道六根數(shù)定義，計算各衛(wèi)星軌道參數(shù)變化率：

其中，為平近點(diǎn)角變化率，為偏近點(diǎn)角變化率，為緯度幅角變化率，為半場軸變化率，為升交點(diǎn)赤經(jīng)變化率，ωe為地球旋轉(zhuǎn)速率，為徑矢變化率。

步驟10，計算衛(wèi)星在軌道坐標(biāo)系的位置和速度：

步驟11，計算tk時刻衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)經(jīng)度ωk：

步驟12，計算衛(wèi)星在pz-90坐標(biāo)系下的位置和速度：

xk＝x'kcosωk-y'kcosiksinωk

yk＝x'ksinωk+y'kcosikcosωk(24)

zk＝y(tǒng)'ksinik

vzk＝v'yksinik

至此，就完成了由glonass歷書參數(shù)到衛(wèi)星軌道位置及速度的計算。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。