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专利号: 2020108985172
申请人: 北方民族大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-08-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法,其特征在于,包括:获取卫星导航电文;所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据;

根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号;

根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角,并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据,确定6颗最佳卫星,具体包括:根据所得卫星广播星历,确定各个卫星相对于所述北斗接收机的卫星方位角与卫星仰角;

采用准最佳选星法,沿天顶方向、东方向以及北方向选出三颗具有最大卫星仰角的卫星;所述具有最大卫星仰角的卫星为最佳卫星;

判断剩余可用卫星数量是否大于15,得到第一判断结果;

若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量大于15,利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星,确定剩余的三颗最佳卫星;

若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量不大于15,利用综合模糊评价法对剩余卫星的卫星仰角及卫星方位角进评价,确定剩余的三颗最佳卫星;

基于所述6颗最佳卫星,根据任意一颗所述最佳卫星的卫星参数初始化北斗接收机的位置状态;所述卫星参数包括伪距、卫星时钟误差、对流层延迟以及电离层延迟;

根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程,并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦;一颗最佳卫星对应一个卫星观测方程,一个卫星观测方程对应一组卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦;

根据所述北斗接收机的位置状态、所述卫星观测方程余数项以及所述卫星方向余弦构建误差方程,并利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解,确定所述北斗接收机的最终位置坐标。

2.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法,其特征在于,所述利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星,确定剩余的三颗最佳卫星,具体包括:按照所述剩余卫星的卫星仰角,确定卫星仰角大于70°的高仰角区以及卫星仰角低于

70°的中低仰角区;

选取所述高仰角区内的任一高仰角卫星,并判断所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差是否大于70°,得到第二判断结果;

若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差大于70°,确定所述高仰角卫星为最佳卫星;

若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差不大于70°,选取所述高仰角区内的下一个所述高仰角卫星,直至选取出剩余的三颗最佳卫星;

判断所述高仰角区是否选取出剩余的三颗最佳卫星,得到第三判断结果;

若所述第三判断结果表示为所述高仰角区未选取出剩余的三颗最佳卫星,选取所述中低仰角区中的备选卫星作为剩余的三颗最佳卫星;所述备选卫星为所述中低仰角区内与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差最大的卫星。

3.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法,其特征在于,所述根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程,并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦,具体包括:所述卫星观测方程为:

s

其中,ρ为伪距;(X,Y,

Z,cdtr)为所述北斗接收机的位置状态,(X,Y,Z)为所述北斗接收机的三维坐标,cdtr为所述S S S s北斗接收机的时钟误差;(X ,Y ,Z)为卫星实时位置的三维坐标;c为光速;dt 为卫星时钟误差;dtrop为对流层延迟,dion为电离层延迟;

所述卫星观测方程余数项为:

s s s s s

l=ρ‑R+c·dt‑c·cdtr+dion+dtrop;其中,l为卫星观测方程余数项;

所述卫星方向余弦为:

s s s s

其中,[bx ,by ,bz ,bt]为卫星方向余

s

弦, 分别为所述北斗接收机的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的卫星的余弦值,bts为误差时间弦量;R为卫星和北斗接收机的几何距离,

4.根据权利要求1所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法,其特征在于,所述利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解,确定所述北斗接收机的最终位置坐标,具体包括:获取初始化鸟巢数以及迭代次数,并基于所述误差方程构建最优目标函数;

基于所述初始化鸟巢数以及所述迭代次数,对所述最优目标函数的解依次进行全局Levy飞行操作、选择最优操作、局部随机飞行操作以及自适应更新参数操作,确定所述北斗接收机的最终位置坐标。

5.根据权利要求4所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算方法,其特征在于,所述初始化鸟巢数为400;所述迭代次数为800。

6.一种基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算系统,其特征在于,包括:卫星导航电文获取模块,用于获取卫星导航电文;所述卫星导航电文包括卫星观测数据、气象数据以及广播星历数据;

可用卫星数以及卫星号确定模块,用于根据所述卫星观测数据确定可用卫星数以及卫星号;

最佳卫星确定模块,用于根据所述广播星历数据确定各个卫星的卫星实时位置、卫星仰角以及方向角,并以所述卫星仰角以及所述方向角为依据,确定6颗最佳卫星;所述最佳卫星确定模块,具体包括:卫星方位角以及卫星仰角确定单元,用于根据所得卫星广播星历,确定各个卫星相对于所述北斗接收机的卫星方位角与卫星仰角;

具有最大卫星仰角的卫星确定单元,用于采用准最佳选星法,沿天顶方向、东方向以及北方向选出三颗具有最大卫星仰角的卫星;所述具有最大卫星仰角的卫星为最佳卫星;

第一判断单元,用于判断剩余可用卫星数量是否大于15,得到第一判断结果;

第一剩余的最佳卫星确定单元,用于若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量大于15,利用剩余卫星的卫星方位角以及卫星仰角进行分区选星,确定剩余的三颗最佳卫星;

第二剩余的最佳卫星确定单元,用于若所述第一判断结果表示为所述剩余可用卫星数量不大于15,利用综合模糊评价法对剩余卫星的卫星仰角及卫星方位角进评价,确定剩余的三颗最佳卫星;

卫星参数确定模块,用于基于所述6颗最佳卫星,根据任意一颗所述最佳卫星的卫星参数初始化北斗接收机的位置状态;所述卫星参数包括伪距、卫星时钟误差、对流层延迟以及电离层延迟;

卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦确定模块,用于根据所述北斗接收机的位置状态、不同卫星的卫星实时位置以及所述卫星参数确定不同的卫星观测方程,并基于不同的所述卫星观测方程确定每一颗最佳卫星的卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦;一颗最佳卫星对应一个卫星观测方程,一个卫星观测方程对应一组卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦;

最终位置坐标确定模块,用于根据所述北斗接收机的位置状态、所述卫星观测方程余数项以及所述卫星方向余弦构建误差方程,并利用自适应布谷鸟算法对所述误差方程求解,确定所述北斗接收机的最终位置坐标。

7.根据权利要求6所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算系统,其特征在于,所述第一剩余的最佳卫星确定单元,具体包括:仰角区确定子单元,用于按照所述剩余卫星的卫星仰角,确定卫星仰角大于70°的高仰角区以及卫星仰角低于70°的中低仰角区;

第二判断子单元,用于选取所述高仰角区内的任一高仰角卫星,并判断所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差是否大于70°,得到第二判断结果;

最佳卫星确定子单元,用于若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差大于70°,确定所述高仰角卫星为最佳卫星;

第一剩余的最佳卫星确定子单元,用于若所述第二判断结果表示为所述高仰角卫星与具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差不大于70°,选取所述高仰角区内的下一个所述高仰角卫星,直至选取出剩余的三颗最佳卫星;

第三判断子单元,用于判断所述高仰角区是否选取出剩余的三颗最佳卫星,得到第三判断结果;

第二剩余的最佳卫星确定子单元,用于若所述第三判断结果表示为所述高仰角区未选取出剩余的三颗最佳卫星,选取所述中低仰角区中的备选卫星作为剩余的三颗最佳卫星;

所述备选卫星为所述中低仰角区内与所述具有最大卫星仰角的卫星的卫星方向角差最大的卫星。

8.根据权利要求6所述的基于自适应布谷鸟算法的北斗定位解算系统,其特征在于,所述卫星观测方程余数项以及卫星方向余弦确定模块,具体包括:所述卫星观测方程为:

s

其中,ρ为伪距;(X,Y,

Z,cdtr)为所述北斗接收机的位置状态,(X,Y,Z)为所述北斗接收机的三维坐标,cdtr为所述S S S s北斗接收机的时钟误差;(X ,Y ,Z)为卫星实时位置的三维坐标;c为光速;dt 为卫星时钟误差;dtrop为对流层延迟,dion为电离层延迟;

所述卫星观测方程余数项为:

s s s s s

l=ρ‑R+c·dt‑c·cdtr+dion+dtrop;其中,l为卫星观测方程余数项;

所述卫星方向余弦为:

s s s s

其中,[bx ,by ,bz ,bt ]为卫星方向余弦, 分别为所述北斗接收机的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的卫星的余弦值,s为误差时间弦量;R为卫星和北斗接收机的几何距离,