融合初值校准与二阶逼近的单星测频定位算法

发布时间：2025-04-11 02:07

　　 为减小单星测频定位的误差,提出一种融合初值校准与二阶逼近的单星测频定位算法。该算法在卫星接收信号多普勒频移为零的时间点,通过测距获得卫星到定位目标的距离信息,利用距离信息修正轨道平面与定位目标的几何关系,为初值的选取提供校准手段;将校准的初值代入含二阶级数的定位方程泰勒展开式,通过较少次数的迭代得到定位目标的真实位置,从而降低定位的算法复杂度,提高定位精度。仿真结果表明,所提出的算法与多普勒单星定位算法相比,迭代次数和定位误差大幅度减小,其实现简单、计算量少、误差小,在单星定位研究领域具有较高的理论价值和实用价值。

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【部分图文】：

图1 单星测频定位原理图

式(2)中，卫星的位置和速度信息已知，发射频率和接收频率可测，待求量只有定位目标的位置(x,y,z)。理论上，对于3个未知量，联立3个不同时刻的定位方程可求解出定位结果。为求解联立的非线性方程组，可以通过将方程线性化、选取合适的初值迭代来实现。多普勒单星定位算法在整体求解过程中，....

图2 星下点与定位目标不匹配示意

然而在实际应用中，定位目标并不一定与卫星轨道在同一平面内(如图2所示)。当定位目标与卫星轨道平面垂直距离增大时，星下点距真实位置的误差变大，以星下点为初值会造成算法复杂度增加甚至迭代算法不收敛。1.3定位方程求解问题剖析

图3 初值校准模型

初值校准需要借助外部测距信息。在图3所示的初值校准模型中，t0时刻卫星的运动方向与定位目标和卫星连线方向的夹角θ0大小为90°，此时卫星与定位目标没有相对运动，多普勒频移为0，卫星的位置为(X0,Y0,Z0)，速度矢量V0为，卫星与地心O的距离为ρ，通过外部测距信息得到卫星到定位....

图4 初值误差对比

从图4可以看出，多普勒单星定位算法的初值平均误差在18.77km左右，而本文提出算法的初值平均误差在测距误差为1km的情况下为6.23km，减小了66.8%左右。从图中还可以看到，测距误差为0km时，初值平均误差与测距误差在1km情况下的非常接近，这是因为在离地800....

本文编号：4039334