低轨卫星多普勒单点定位方法、装置及介质与流程

本申请涉及卫星导航与定位，具体涉及一种低轨卫星多普勒单点定位方法、装置及介质。

背景技术：

1、全球导航卫星系统（global navigation satellite system，gnss）能够为用户提供定位、导航和授时服务。在开阔或遮挡较少等观测条件良好的环境下，利用gnss卫星信号并结合实时动态定位（rtk）、精密单点定位（ppp）等定位技术，可以获得较高精度的接收机位置信息，因此被广泛应用于无人驾驶、精细农业、机器人路径规划等领域。

2、但是，在城市峡谷、浓密树荫等环境中，gnss卫星信号容易受到建筑物、树木等遮挡，导致信号削弱甚至无法正常接收。在此情况下，用户难以获得有效的gnss观测数据，定位、导航和授时（positioning, navigation and timing，pnt）服务可能中断。此外，当gnss信号恢复后，如果缺少可用的位置辅助信息，还可能需要较长时间重新获得有效定位结果，影响导航定位服务的连续性和实时性。低轨（low earth orbit，leo）卫星具有信号落地功率较大、对地运动速度较快以及多普勒频移较大等特点，在gnss信号受到严重遮挡或者拒止的情况下，仍具有利用leo卫星信号进行定位的可能。基于leo卫星的多普勒观测量进行单点定位，可以作为gnss定位受限场景下的一种定位方式。然而，leo卫星多普勒单点定位对接收机初始位置具有一定依赖。当接收机初始位置误差较大时，多普勒单点定位可能无法收敛至正确的接收机位置。

3、现有技术通常需要利用接收机先验位置信息，或者利用其他类型的观测信息预先获得接收机初始位置。因此，在缺少其他观测辅助且没有接收机先验位置信息的情况下，如何获得能够满足后续多普勒单点定位收敛要求的接收机初始位置，成为需要解决的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例的目的是提供一种低轨卫星多普勒单点定位方法、装置及介质。

2、为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种低轨卫星多普勒单点定位方法，包括：

3、获取接收机在连续两历元接收的至少一颗低轨卫星的多普勒观测量、以及各低轨卫星的星历数据；

4、在预设区域范围内建立多个网格点，根据星历数据计算各网格点针对各低轨卫星在连续两历元对应的理论多普勒频移；

5、根据连续两历元对应的理论多普勒频移计算各网格点针对各低轨卫星的理论多普勒频移变化率；

6、根据连续两历元对应的各低轨卫星的多普勒观测量，计算各低轨卫星的实测多普勒频移变化率；

7、计算各网格点针对各低轨卫星的理论多普勒频移变化率与对应的实测多普勒频移变化率之间的变化率差值；

8、对各网格点对应的各低轨卫星的变化率差值的绝对值进行求和，并将变化率差值的绝对值之和最小的网格点确定为目标网格点；

9、将目标网格点对应的坐标确定为接收机初始坐标，并将接收机初始坐标作为低轨卫星多普勒单点定位滤波的初始化参数，进行低轨卫星多普勒单点定位滤波，得到接收机的位置。

10、在本申请实施例中，根据星历数据计算各网格点针对各低轨卫星在连续两历元对应的理论多普勒频移，包括：

11、根据星历数据确定各低轨卫星在连续两历元对应的卫星位置和卫星速度；

12、将各网格点的坐标作为接收机位置，并将接收机速度设置为零，根据卫星位置、卫星速度和接收机位置，计算各网格点针对各低轨卫星在连续两历元对应的理论多普勒频移。

13、在本申请实施例中，理论多普勒频移变化率为：

14、

15、实测多普勒频移变化率为：

16、

17、其中，为理论多普勒频移变化率，为实测多普勒频移变化率，和分别为同一网格点针对同一低轨卫星在连续两历元对应的理论多普勒频移，和分别为低轨卫星在连续两历元对应的多普勒观测量，和分别为连续两历元对应的时刻。

18、在本申请实施例中，预设区域范围为北纬3°至54°、东经73°至136°，在预设区域范围内沿经度方向和纬度方向按照0.5°的步长建立多个网格点。

19、在本申请实施例中，将接收机初始坐标作为低轨卫星多普勒单点定位滤波的初始化参数，包括：

20、将接收机初始坐标作为接收机三维位置的初值，接收机三维速度的初值和接收机钟速的初值为零。

21、在本申请实施例中，低轨卫星多普勒单点定位滤波采用扩展卡尔曼滤波，扩展卡尔曼滤波根据各低轨卫星的多普勒观测量对包括接收机三维位置、接收机三维速度和接收机钟速的状态量进行解算。

22、在本申请实施例中，各网格点针对各低轨卫星的理论多普勒频移为：

23、

24、其中，为理论多普勒频移，为低轨卫星的发射信号频率，为光速，为低轨卫星的卫星速度，为低轨卫星的卫星位置，为网格点对应的接收机位置，为网格点对应的接收机位置与低轨卫星的卫星位置之间的距离。

25、在本申请实施例中，在进行扩展卡尔曼滤波的过程中，当状态量的迭代修正量的范数小于第一预设阈值，或者迭代计算次数达到第二预设阈值时，停止迭代。

26、本申请第二方面提供一种基于频移变化率网格搜索的低轨卫星多普勒单点定位装置，包括：

27、存储器，被配置成存储指令；

28、处理器，被配置成从存储器调用指令以及在执行指令时能够实现根据低轨卫星多普勒单点定位方法。

29、本申请第三方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器被配置成执行低轨卫星多普勒单点定位方法。

30、本申请提出一种低轨卫星多普勒单点定位方法，根据连续两历元的低轨卫星多普勒观测量和星历数据，计算各网格点对应的理论多普勒频移变化率，并与实测多普勒频移变化率进行匹配，确定接收机初始坐标，使得在无其他观测辅助和先验位置信息的条件下，能够获得用于低轨卫星多普勒单点定位滤波的接收机位置初值并进行定位，从而解决在gnss信号削弱或拒止环境下，无其他观测辅助和先验位置信息时难以获得接收机初始位置，导致低轨卫星多普勒单点定位难以正确收敛的问题。

31、本申请实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

1.一种低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述根据所述星历数据计算各所述网格点针对各所述低轨卫星在连续两历元对应的理论多普勒频移，包括：

3.根据权利要求2所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述理论多普勒频移变化率为：

4.根据权利要求1所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述预设区域范围为北纬3°至54°、东经73°至136°，在所述预设区域范围内沿经度方向和纬度方向按照0.5°的步长建立所述多个网格点。

5.根据权利要求1所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述将所述接收机初始坐标作为低轨卫星多普勒单点定位滤波的初始化参数，包括：

6.根据权利要求5所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，所述低轨卫星多普勒单点定位滤波采用扩展卡尔曼滤波，所述扩展卡尔曼滤波根据各所述低轨卫星的多普勒观测量对包括接收机三维位置、接收机三维速度和接收机钟速的状态量进行解算。

7.根据权利要求2所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，各所述网格点针对各所述低轨卫星的所述理论多普勒频移为：

8.根据权利要求6所述的低轨卫星多普勒单点定位方法，其特征在于，在进行所述扩展卡尔曼滤波的过程中，当所述状态量的迭代修正量的范数小于第一预设阈值，或者迭代计算次数达到第二预设阈值时，停止迭代。

9.一种基于频移变化率网格搜索的低轨卫星多普勒单点定位装置，其特征在于，包括：

10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，其特征在于，该指令在被处理器执行时使得所述处理器被配置成执行根据权利要求1至8中任一项所述的低轨卫星多普勒单点定位方法。