滤波方法、装置、设备和存储介质

文档序号:6680 发布日期:2021-09-17 浏览:39次 英文

滤波方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及卫星自适应滤波

技术领域

,涉及但不限于一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

北斗系统是我国自主研发建设的全球卫星导航系统。按照“三步走”的发展战略,2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统宣布正式建成。相较于北斗二号卫星,北斗三号卫星上搭载了星间链路载荷。通过卫星之间的测距、通信与数据交换,北斗三号系统可实现无地面监测站支持下的自主轨道确定。自主轨道确定可有效减少导航卫星系统对地面控制系统的依赖、减少系统建设费用、缩短星历更新周期及改进系统服务性能。在与地面控制系统失联的情况下,北斗三号系统可通过自主轨道确定维持其至少180天的正常服务性能。因此,自主轨道确定不仅能改善系统性能,还能有效保障系统的战时生命力,其对北斗三号系统的稳定运行及全球化服务的实现均至关重要。

目前,北斗三号系统自主轨道确定采用Kalman滤波算法实现。其过程如下:在已知轨道初值的情况下利用轨道积分进行卫星状态一步预测;利用该历元星间双向观测值组成轨道确定观测方程,对卫星预测状态进行观测更新;在已知卫星钟差初值情况下利用钟差预报模型对卫星钟差进行一步预测;利用该历元星间双向观测值组成时间同步观测方程,对卫星预测钟差进行观测更新。现今有关北斗三号系统的自主轨道确定滤波算法仅适用于常规情况。

然而,受限于星间链路设备故障及北斗三号系统高轨道(GEO及IGSO)卫星轨控需求,自主轨道确定过程中难免会出现观测异常(由卫星测距设备异常所产生)与状态异常(由GEO卫星及IGSO卫星定期轨道进动所产生)。若不对其进行考虑将会严重降低自主轨道确定精度,进而影响北斗三号卫星导航系统的全球导航定位服务性能。针对该问题,目前尚无有效解决方案。

发明内容

有鉴于此,本发明实施例期望提供一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法、装置、设备和存储介质。

本发明实施例的技术实施例是这样实现的:

本发明实施例提供一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法,所述方法包括:

获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息;

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异;

基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;

在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常;

在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。

在上述方案中,所述获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息,包括:

获得第一时间所述卫星的初始状态信息;所述初始状态信息至少包括:初始状态参数、初始状态方差参数、噪声参数;

根据所述初始状态信息确定第二时间所述卫星的预测状态信息;所述预测状态信息至少包括:预测状态参数、预测状态方差参数;

获得第二时间所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息;所述观测信息至少包括:观测参数、设计参数。

在上述方案中,所述基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志,包括:

获得所述第二标志的初始值;所述初始标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动;

判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值;

在所述滤波新息小于等于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第一阈值,以及根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;所述第一阈值表征所述观测信息不存在粗差且所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是不存在轨道机动;

在所述滤波新息是大于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第二阈值;所述第二阈值表征所述观测信息是存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在上述方案中,所述根据所述初始值重新确定所述第二标志的值,包括:

根据所述初始值和第二预设阈值重新确定所述第二标志的值;所述第二预设阈值为大于零的数。

在上述方案中,所述方法还包括:

判断所述第二标志的值是否大于所述初始值;

在所述第二标志的值小于等于所述初始值的情况下,确定所述第一标志为第三阈值;所述第三阈值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在上述方案中,所述在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,包括:

在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志的值大于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息。

在上述方案中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,包括:

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;

基于所述观测方差膨胀因子和所述观测信息确定所述等效观测信息。

在上述方案中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子,包括:

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波增益参数;

基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息;

根据所述改正信息获得所述观测信息对应的标准残差;

基于所述标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子。

在上述方案中,所述基于所述等效观测信息进行滤波更新,包括:

获得所述卫星的第一状态参数和第一状态方差;所述第一状态方差由所述第一状态参数确定;

基于所述等效观测信息更新所述第一状态参数;

根据更新后的第一状态参数更新所述卫星的第一状态方差。

在上述方案中,所述在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,包括:

在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息。

在上述方案中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,包括:

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子;

基于所述预测状态信息和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息。

在上述方案中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子,包括:

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的标准化偏差;

基于所述标准化偏差确定所述预测状态信息对应的自适应因子。

在上述方案中,所述基于所述等效观测信息进行滤波更新,包括:

获得所述卫星的第二状态参数和第二状态方差;所述第二状态参数由所述观测信息确定;所述第二状态方差由所述第二状态参数确定;

基于所述等效观测信息更新所述二状态参数;

根据更新后的第二状态参数更新所述第二状态方差。

本发明实施例提供一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波装置,所述装置包括:获得单元、确定单元、第一更新单元和第二更新单元,其中:

所述获得单元,用于获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息;

所述确定单元,用于基于所述获得单元获得的所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异;

所述获得单元,还用于基于所述确定单元确定的所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;

所述第一更新单元,用于在所述获得单元获得的所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常;

所述第二更新单元,用于在所述获得单元获得的在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。

在上述方案中,所述获得单元,还用于获得第一时间所述卫星的初始状态信息;所述初始状态信息至少包括:初始状态参数、初始状态方差参数、噪声参数;根据所述初始状态信息确定第二时间所述卫星的预测状态信息;所述预测状态信息至少包括:预测状态参数、预测状态方差参数;获得第二时间所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息;所述观测信息至少包括:观测参数、设计参数。

在上述方案中,所述获得单元,还用于获得所述第二标志的初始值;所述初始标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动;判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值;在所述滤波新息小于等于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第一阈值,以及根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;所述第一阈值表征所述观测信息不存在粗差且所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是不存在轨道机动;在所述滤波新息是大于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第二阈值;所述第二阈值表征所述观测信息是存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在上述方案中,所述获得单元,还用于据所述初始值和第二预设阈值重新确定所述第二标志的值;所述第二预设阈值为大于零的数。

在上述方案中,所述装置还包括,判断单元,

所述判断单元,用于判断所述第二标志的值是否大于所述初始值;

所述确定单元,还用于在所述第二标志的值小于等于所述初始值的情况下,确定所述第一标志为第三阈值;所述第三阈值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在上述方案中,所述确定单元,还用于在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志的值大于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息。

在上述方案中,所述第一更新单元,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;基于所述观测方差膨胀因子和所述观测信息确定所述等效观测信息。

在上述方案中,所述第一更新单元,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波增益参数;基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息;根据所述改正信息获得所述观测信息对应的标准残差;基于所述标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子。

在上述方案中,所述第一更新单元,还用于获得所述卫星的第一状态参数和第一状态方差;所述第一状态方差由所述第一状态参数确定;基于所述等效观测信息更新所述第一状态参数;根据更新后的第一状态参数更新所述卫星的第一状态方差。

在上述方案中,所述第二更新单元,还用于在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息。

在上述方案中,所述第二更新单元,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子;基于所述预测状态信息和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息。

在上述方案中,所述第二更新单元,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的标准化偏差;基于所述标准化偏差确定所述预测状态信息对应的自适应因子。

在上述方案中,所述第二更新单元,还用于获得所述卫星的第二状态参数和第二状态方差;所述第二状态参数由所述观测信息确定;所述第二状态方差由所述第二状态参数确定;基于所述等效观测信息更新所述二状态参数;根据更新后的第二状态参数更新所述第二状态方差。

本发明实施例提供一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的任一步骤。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述所述方法的任一步骤。

本发明实施例提供的一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法、装置、设备和存储介质,其中,包括:获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息;根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异;基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常;在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。采用本发明实施例的技术方案,解决了卫星自主轨道确定算法中无法对观测异常及状态异常进行处理的问题,不仅能有效提高观测异常或状态异常情况下自主轨道确定的精度,还能大大提高卫星全球服务能力的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法实现流程示意图;

图2为本发明实施例提供的一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法的应用场景示意图;

图3为本发明实施例基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波装置的组成结构示意图;

图4为本发明实施例中基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备的一种硬件实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对发明的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。

本实施例提出一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法,该方法应用于基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备,该方法所实现的功能可以通过基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备中的处理器调用程序代码来实现,当然程序代码可以保存在计算机存储介质中,可见,该计算设备至少包括处理器和存储介质。

图1为本发明实施例基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法实现流程示意图,如图1所示,该方法包括:

步骤S101:获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息。

本发明实施例的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波算法方法可以为一种顾及状态异常与观测异常的卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波算法,所述卫星的个数和类型可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波算法方法具体可以为顾及观测异常及状态异常的北斗自主轨道确定的抗差自适应滤波算法。其中,所述北斗可以为北斗三号系统高轨道卫星,由地球静止轨道(GEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)、中圆地球轨道(MEO)三种轨道卫星组成。

获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息可以为获得所述卫星的初始状态信息,根据所述初始状态信息确定所述卫星的预测状态信息以及获得所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息;其中,所述初始状态信息至少包括:初始状态参数、初始状态方差参数、噪声参数、初始观测参数;所述预测状态信息所述预测状态信息至少包括:预测状态参数、预测状态方差参数;所述观测信息至少包括:观测参数、设计参数。

为了方便理解,这里示例说明,获得所述卫星的初始状态信息可以为给定卫星初始状态信息:所述初始状态参数可以为初始历元t0时刻的卫星状态参数值可以包含卫星三维位置、三维速度、收发硬件延迟以及太阳光压,均可以利用精密星历拟合得到;所述初始状态方差参数可以为初始状态方差值,可以基于计算方差获得初始状态方差值,该初始状态方差值可以记为所述噪声参数可以为噪声值,可以为定值,即在整个计算过程中保持固定值不变,也可以称为过程噪声,该噪声值可以记为ΣW;所述初始观测参数可以为初始历元t0时刻的卫星观测值,该卫星观测值可以记为Σ0

根据所述初始状态信息确定所述卫星的预测状态信息可以为根据所述初始状态参数确定所述预测状态参数,根据所述初始状态方差参数和所述噪声参数确定预测状态方差参数。为了方便理解,这里示例说明,可以根据卫星在轨受力情况利用精确摄动力模型建立北斗三号系统GEO、IGSO及MEO卫星的摄动运动方程。在已知卫星初始状态值的前提下,利用数值积分方法对三类卫星的摄动运动方程进行积分得到历元t1至历元t0的状态转移矩阵Φ1,0,利状态转移矩阵Φ1,0 计算历元t1时刻的卫星预测状态值及卫星预测状态方差值

获得所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息可以为根据所述卫星中的任意两颗卫星形成星间双向观测值组成轨道确定观测信息;所述观测信息包括多个观测值。为了方便理解,这里示例说明。在所述卫星中任意选择两颗卫星,分别记为SVA与SVB,若令SVA发射测距信号SVB接收信号组成的观测值为正向观测值DAB;令SVB发射测距信号SVA接收信号组成的观测值为反向观测值DBA,则该卫星对(SVA与SVB)间的轨道确定观测值为DAB+DBA。按照此方式将该历元内所有的双向观测值相加得到所有卫星对的轨道确定观测信息。作为一种示例,所述观测信息可以记为L1,可以理解为将历元t1时刻内的星间双向观测值组成轨道确定观测值。

在实际应用中,还可以通过建立观测方程,根据观测信息可以确定卫星的状态参数,根据所述状态参数确定卫星的状态方差;作为一种示例,所述状态参数可以为状态参数值,所述状态方差可以为状态方差值;可以根据观测信息中的观测值与卫星状态参数间的函数关系式,确定卫星的状态参数参数值,所述状态参数值可以记为 表示历元t1时刻的卫星状态参数值;再根据所述状态参数值计算卫星的状态方差值;所述状态方差值可以记为

步骤S102:根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异。

本实施例中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息可以为根据所述预测状态信息与所述观测信息计算历元t1时刻所有观测值对应的滤波新息。在实际应用中,所述滤波新息可以记为l。

为了方便理解,这里示例说明,所述预测状态信息可以为历元t1时刻的卫星预测状态值;所述观测信息可以为历元t1内所有的轨道确定观测值;所述滤波新息可以为历元t1时刻所有观测值的滤波新息值。根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息可以为根据历元t1时刻的卫星预测状态值和历元t1内所有的轨道确定观测值计算历元t1时刻所有观测值的滤波新息值。此时,历元t1时刻所有观测值的滤波新息值也可以记为l1

步骤S103:基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动。

本实施例中,鉴于卫星自主轨道确定过程中难免会出现观测异常(由卫星测距设备异常所产生)与状态异常(由卫星定期轨道进动所产生)。而所述观测异常主要体现在粗差,发生在观测值域;所述状态异常主要体现在卫星发生机动,发生在卫星状态值域;

所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动

所述基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志可以为获得所述卫星对应的第二标志以及基于所述滤波新息和预设阈值获得所述观测信息对应的第一标志。其中,获得所述卫星对应的第二标志可以为每颗卫星设置第二标志;所述第二标志可以称为卫星质量标志,记为SV_Quality,在实际应用中,所述第二标志可以赋初始值,该初始值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,该初始值可以为零。

基于所述滤波新息和预设阈值获得所述观测信息对应的第一标志可以为判断所述滤波新息和预设阈值的大小,获得判断结果,基于所述判断结果确定所述观测信息对应的第一标志。其中,所述滤波新息可以为滤波新息值,可以理解为历元t1时刻所有观测值的滤波新息值;所述判断结果可以为所述滤波新息小于等于所述预设阈值的情况以及所述滤波新息大于所述预设阈值的情况;基于所述判断结果确定所述观测信息对应的第一标志可以为基于所述判断结果确定所述观测信息对应的第一标志的值。所述第一标志的值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定,作为一种示例,在所述滤波新息小于等于所述预设阈值的情况,确定所述观测信息对应的第一标志的值为0;以及在所述滤波新息大于所述预设阈值的情况,确定所述观测信息对应的第一标志的值为1。

本实施例中,鉴于卫星自主轨道确定过程中难免会出现观测异常(由卫星测距设备异常所产生)与状态异常(由卫星定期轨道进动所产生)。通过观测值对应的滤波新息作为表征状态信息与观测信息差异的参量,若观测值对应的滤波新息值过大(超过预设阈值),可认为该观测值存在粗差或该观测值对应发射信号星/接收信号星存在轨道机动。因此,可以通过第一标志来征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;而考虑到所述观测异常主要体现在粗差,发生在观测值域;所述状态异常主要体现在卫星发生机动,发生在卫星状态值域;为了进一步区分滤波新息超限产生的原因,可以通过第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动。

步骤S104:在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常。

本实施例中,由于粗差发生在观测值域,而机动发生在卫星状态值域。若本历元没有卫星发生机动,则滤波新息超限将仅由观测粗差导致。因此,可以通过所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,确定所述观测信息中存在观测异常。

在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下可以为所述第一标志满足对应的条件和所述第二标志满足对应的条件。其中,所述第一标志满足对应的条件可以为所述第一标志的值满足对应的预设阈值;所述第二标志满足对应的条件可以为所述第二标志的值满足对应的预设阈值;为了方便理解,这里示例说明,所述第一标志可以为观测值质量标签或观测值质量标志,记为Obs_Quality;所述第二标志可以为卫星质量标签或卫星质量标志,记为SV_Quality;例如所述第一标志满足对应的条件和所述第二标志满足对应的条件可以为所述第一标志满足Obs_Qualityi=1,且所述第二标志满足SV_Qualityj>0。

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新可以理解为当存在观测异常时,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定标准化观测残差,再利用标准化观测残差作为控制量计算膨胀因子,进而计算等效观测方差进行滤波更新。

步骤S105:在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。

本实施例中,由于粗差发生在观测值域,而机动发生在卫星状态值域。若本历元对应的某个观测值不存在粗差,则滤波新息超限将仅由该观测值的发射星或者接收星存在机动导致。因此,可以通过所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,所述观测信息中存在状态异常。

在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下可以为所述第一标志满足对应的条件和所述第二标志满足对应的条件。其中,所述第一标志满足对应的条件可以为所述第一标志的值满足对应的预设阈值;所述第二标志满足对应的条件可以为所述第二标志的值满足对应的预设阈值;为了方便理解,这里示例说明,所述第一标志可以为观测值质量标签或观测值质量标志,记为Obs_Quality;所述第二标志可以为卫星质量标签或卫星质量标志,记为SV_Quality;例如所述第一标志满足对应的条件和所述第二标志满足对应的条件可以为所述第一标志满足Obs_Qualityi=1,且所述第二标志满足SV_Qualityj=0。

根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新可以为当存在状态异常时,先对未出现异常的卫星进行正常滤波观测更新,对于有状态异常的卫星,则在正常观测更新后,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定标准化状态残差,再利用标准化状态残差作为控制量计算自适应因子,进而计算等效预测状态方差进行滤波更新。

在实际应用中,本发明实施例能有效区分观测异常与状态异常,并能在不中断自主轨道确定实时解算流程的前提下极大提高北斗三号系统在异常情况下的自主轨道确定精度,保障其全球服务性能的可靠性。

本发明实施例提供的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法,通过获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息;根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异;基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常;在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。以解决了卫星自主轨道确定算法中无法对观测异常及状态异常进行处理的问题,不仅能有效提高观测异常或状态异常情况下自主轨道确定的精度,还能大大提高卫星全球服务能力的可靠性。

在本发明的一种可选实施例中,所述获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息,包括:获得第一时间所述卫星的初始状态信息;所述初始状态信息至少包括:初始状态参数、初始状态方差参数、噪声参数;根据所述初始状态信息确定第二时间所述卫星的预测状态信息;所述预测状态信息至少包括:预测状态参数、预测状态方差参数;获得第二时间所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息;所述观测信息至少包括:观测参数、设计参数。

本实施例中,获得第一时间所述卫星的初始状态信息可以为获得第一时间卫星的初始状态参数,根据所述初始状态参数确定初始状态方差参数和噪声参数;其中,所述第一时间可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述第一时间可以为初始历元t0时刻。所述初始状态参数可以为初始历元t0时刻的卫星状态参数值可以包含卫星三维位置、三维速度、收发硬件延迟以及太阳光压,均可以利用精密星历拟合得到;根据所述初始状态参数确定初始状态方差参数和噪声参数可以为根据所述初始状态参数验初始状态方差参数,以及根据状态方程验噪声参数。所述初始状态方差参数可以为初始状态方差值,根据所述初始状态参数验初始状态方差参数可以基于计算方差获得初始状态方差值,该初始状态方差值可以记为所述噪声参数可以为噪声值,可以为定值,即在整个计算过程中保持固定值不变,也可以称为过程噪声,该噪声值可以记为ΣW

根据所述初始状态信息确定第二时间所述卫星的预测状态信息可以为根据所述初始状态参数确定第二时间所述卫星的所述预测状态参数,根据所述初始状态方差参数和所述噪声参数确定第二时间所述卫星的预测状态方差参数。其中,所述第二时间可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述第二时间可以为历元t1时刻。所述预测状态参数可以为卫星预测状态值;所述预测状态方差参数可以为卫星预测状态方差值。

为了方便理解,这里示例说明,可以根据卫星在轨受力情况利用精确摄动力模型建立北斗三号系统GEO、IGSO及MEO卫星的摄动运动方程。在已知卫星初始状态值的前提下,利用数值积分方法对三类卫星的摄动运动方程进行积分得到历元t1至历元t0的状态转移矩阵Φ1,0,利状态转移矩阵Φ1,0 计算历元t1时刻的卫星预测状态值及卫星预测状态方差值该计算过程可以通过以下公式(1)和公式(2)进行计算:

获得第二时间所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息可以为根据第二时间所述卫星中的任意两颗卫星形成星间双向观测值组成轨道确定观测信息;所述观测信息包括多个观测值。为了方便理解,这里示例说明。将历元t1时刻所述卫星中任意选择两颗卫星,分别记为SVA与SVB,若令SVA发射测距信号SVB接收信号组成的观测值为正向观测值DAB;令SVB发射测距信号SVA接收信号组成的观测值为反向观测值DBA,则该卫星对(SVA与SVB)间的轨道确定观测值为DAB+DBA。按照此方式将该历元内所有的双向观测值相加得到所有卫星对的轨道确定观测信息。作为一种示例,所述观测信息可以记为L1,可以理解为将历元t1时刻内的星间双向观测值组成轨道确定观测值。

在实际应用中,可以通过建立观测方程,给出轨道确定观测值与卫星状态参数间的函数关系式,该函数关系式可以通过以下公式(3)进行计算:

式中,L1表示历元t1内所有的轨道确定观测值,表示历元t1时刻的卫星状态参数值,A1表示观测方程的设计矩阵,在实际应用中,该设计矩阵可以为固定值。

在本发明的一种可选实施例中,所述基于所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志,包括:获得所述第二标志的初始值;所述初始标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动;判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值;在所述滤波新息小于等于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第一阈值,以及根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;所述第一阈值表征所述观测信息不存在粗差且所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是不存在轨道机动;在所述滤波新息是大于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第二阈值;所述第二阈值表征所述观测信息是存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

本实施例中,获得所述第二标志的初始值可以为对所述第二标志赋初始值;所述初始值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是存在轨道机动;所述初始值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述初始值可以为0。

判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值;其中,所述第一预设阈值为状态信息与观测信息差异的最大值;所述第一预设阈值是根据实际情况进行确定,在此不做限定,作为一种示例,所述第一预设阈值可以为10m。判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值是为了判断观测信息值对应的滤波新息值是否过大(超限),如果过大(超限),则认为该观测值存在粗差或该观测值对应发射信号星/接收信号星存在轨道机动。

在所述滤波新息小于等于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第一阈值,以及根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;其中,所述第一阈值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定,作为一种示例,所述第一阈值可以为0;根据所述初始值重新确定所述第二标志的值可以为根据所述初始值更新所述第二标志的值;作为一种示例,所述初始值可以为0,根据所述初始值更新所述第二标志的值可以为在所述初始值0上加1以获得所述第二标志的值1。

在所述滤波新息是大于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第二阈值;其中,所述第二阈值可以根据实际情况进行确定,可以为任意值,在此不做限定,作为一种示例,所述第二阈值可以为1,所述第二阈值为1表征所述观测信息是存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

为了方便理解,这里示例说明,所述预设阈值记为l_max,所述滤波新息记为l,对每个观测值的滤波新息值进行判定:若l>l_max,则将该观测值质量标志Obs_Quality标定为1;若l≤l_max,则将该观测值质量标签Obs_Quality标定为0。Obs_Qualityi=1表示第i个观测值存在粗差或者建立第i个观测值的发射星SVA或者接收星SVB存在机动。

在实际应用中,可以为每颗卫星设置第二标志(卫星质量标志SV_Quality)并赋初始值0。对本历元所有观测值进行遍历,若某观测值对应发射信号星PRN号为j、对应接收信号星PRN号为p,且某观测值对应的第一标志(某观测值质量标志Obs_Quality=0),则分别将卫星j与卫星p的质量标志加1(SV_Qualityj+1,SV_Qualityp+1);即根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;若某观测值对应的第一标志(某观测值质量标志Obs_Quality=1),则跳过不进行任何处理。

在本发明的一种可选实施例中,所述根据所述初始值重新确定所述第二标志的值,包括:根据所述初始值和第二预设阈值重新确定所述第二标志的值;所述第二预设阈值为大于零的数。

本实施例中,根据所述初始值和第二预设阈值重新确定所述第二标志的值可以为将所述初始值和所述第二预设阈值相加以重新确定所述第二标志的值;所述第二预设阈值为大于零的数,所述第二预设阈值的具体取值,可以根据实际情况进行确定。在实际应用中,所述初始值可以为零,所述第二预设阈值可以为1。

在本发明的一种可选实施例中,所述方法还包括:判断所述第二标志的值是否大于所述初始值;在所述第二标志的值小于等于所述初始值的情况下,确定所述第一标志为第三阈值;所述第三阈值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

需要说明的是,在所述第二标志的值小于等于所述初始值的情况下,确定所述第一标志为第三阈值;所述第三阈值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动;其中,所述第三阈值可以根据实际情况进行确定,在此不做限定。作为一种示例,所述第三阈值可以为2;所述初始值可以为0;

本实施例中,主要考虑到若本历元没有卫星发生机动,则滤波新息超限将仅由观测粗差导致。按照观测粗差出现的随机性及小概率性,此时第二标志(所有卫星质量标志SV_Quality)都将是一个大于0的值;若本历元卫星j发生了机动,则所有与卫星j有关的第一标志(观测值质量标志Obs_Quality)都将为1,此时卫星j质量标志SV_Qualityj将等于0。

为了方便理解,这里示例说明,对所有卫星进行遍历,并对所有卫星质量标志进行判断:若SV_Qualityj>0,则表示卫星j没有发生机动;若SV_Qualityj=0,则表示卫星j产生了机动,此时将与卫星j有关(卫星j作为发射星或接收星)观测值的质量标志Obs_Quality赋值为2。

在本发明的一种可选实施例中,所述在所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,包括:在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志大于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息。

本实施例中,在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志大于所述初始值的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星不存在机动,所述观测信息对应的滤波新息的值过大(超限),是存在观测异常,发生在观测值域,可认为该观测信息对应的值存在粗差。为了方便理解,在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志大于所述初始值的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星不存在机动可以为在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为1且所述第二标志大于0的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星不存在机动。

在本发明的一种可选实施例中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,包括:根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;基于所述观测方差膨胀因子和所述观测信息确定所述等效观测信息。

本实施例中,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子可以为根据所述预测状态信息和所述观测信息计算所述观测信息对应的标准残差,再基于所述观测信息对应的标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;作为一种示例,所述观测信息对应的标准残差可以为观测值标准残差。

基于所述观测方差膨胀因子和所述观测信息确定所述等效观测信息可以为将所述观测方差膨胀因子与所述观测信息相乘以确定所述等效观测信息。作为一种示例,所述观测信息可以为观测值方差。在实际应用中,所述观测值方差可以为初始观测值方差。

在本发明的一种可选实施例中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子,包括:根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波增益参数;基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息;根据所述改正信息获得所述观测信息对应的标准残差;基于所述标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子。

本实施例中,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波增益参数可以为根据所述预测状态信息中的预测状态方差参数和所述观测信息中的初始观测方差参数确定所述观测信息对应的滤波增益参数。作为一种示例,所述预测状态方差参数可以为预测状态方差值,记为所述初始观测方差参数可以为初始观测方差值,记为Σ0,在实际应用中,是将历元t1时刻的卫星观测方差值近似为初始观测方差值,所述观测方差值记为Σ1;所述滤波增益参数可以为滤波增益矩阵,记为K。

基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息可以为基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定卫星的状态参数,再基于所述状态参数、所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息。所述状态参数可以为历元第二时间的卫星状态参数,作为一种示例,历元第二时间的卫星状态参数可以为历元t1时刻的卫星状态参数值,记为所述改正信息至少包括观测信息对应的改正数、观测信息对应的改正数方差、观测信息对应的改正数中误差,作为一种示例,所述观测信息对应的改正数可以为观测值改正数,记为V1;所述观测信息对应的改正数方差可以为观测值改正数方差,记为所述观测信息对应的改正数中误差,记为

根据所述改正信息获得所述观测信息对应的标准残差可以为根据观测信息对应的改正数和观测信息对应的改正数中误差确定所述观测信息对应的标准残差。作为一种示例,可以将观测信息对应的改正数与观测信息对应的改正数中误差相除以确定所述观测信息对应的标准残差。

基于所述标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子可以为根据所述标准残差和预设阈值确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;所述预设阈值可以根据实际情况进行确定,作为一种示例,所述预设阈值可以在[1,1.5]区间取值,所述预设阈值可以记为a。根据所述标准残差和预设阈值确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子可以为判断所述标准残差是否大于预设阈值;在所述标准残差是大于预设阈值的情况下,所述观测方差膨胀因子为所述标准残差;在所述标准残差是小于等于预设阈值的情况下,所述观测方差膨胀因子为1;所述观测方差膨胀因子为可以记为λ1

在本发明的一种可选实施例中,所述基于所述等效观测信息进行滤波更新,包括:

获得所述卫星的第一状态参数和第一状态方差;所述第一状态方差由所述第一状态参数确定;

基于所述等效观测信息更新所述第一状态参数;

根据更新后的第一状态参数更新所述卫星的第一状态方差。

本实施例中,所述第一状态参数可以为卫星状态参数,所述第一状态方差由所述第一状态参数确定可以根据所述第一状态参数计算所述第一状态方差。

基于所述等效观测信息更新所述第一状态参数可以为基于所述等效观测信息更新滤波增益参数,再基于更新后滤波增益参数更新所述第一状态参数;

根据更新后的第一状态参数更新所述卫星的第一状态方差可以为根据更新后的第一状态参数重新计算所述卫星的第一状态方差。

在实际应用中,所述预测状态方差参数可以为预测状态方差值,即历元t1时刻的卫星预测状态方差值,记为所述初始观测方差参数可以为初始观测方差值,即历元t0时刻的观测方差值,记为Σ0,这里历元t1时刻的观测方差值记为Σ1,Σ1=Σ0,所述观测信息对应的滤波增益参数可以为滤波增益矩阵,所述滤波增益矩阵可以记为K,则滤波增益矩阵K可以通过以下公式(4)计算:

式(4)中,A1表示观测方程的设计矩阵,Σ1表示历元t1时刻的观测方差值,表示历元t1时刻的卫星预测状态方差值。

基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息可以为根据所述滤波增益参数、所述预测状态信息中的预测状态参数和所述观测信息中的观测参数确定所述观测信息对应的改正信息;其中,所述改正信息至少包括所述观测信息对应的改正数、所述观测信息对应的改正数方差、所述观测信息对应的改正数中误差。

根据所述滤波增益参数、所述预测状态信息中的预测状态参数和所述观测信息中的观测参数确定所述观测信息对应的改正信息可以为根据所述滤波增益参数、所述预测状态信息中的预测状态参数和所述观测信息中的观测参数确定所述观测信息对应的改正数;基于所述改正数

为了方便理解,这里示例出实际应用场景,所述预测状态方差参数可以为预测状态方差值,即历元t1时刻的卫星预测状态方差值,记为所述初始观测方差参数可以为初始观测方差值,即历元t0时刻的观测方差值,记为Σ0,这里历元t1时刻的观测方差值记为Σ1,Σ1=Σ0,所述观测信息对应的滤波增益参数可以为滤波增益矩阵,所述滤波增益矩阵可以记为K1,则滤波增益矩阵K1可以通过以下公式(5)计算:

式(5)中,A1表示观测方程的设计矩阵,Σ1表示历元t1时刻的观测方差值,表示历元t1时刻的卫星预测状态方差值。

观测值改正数可以通过以下公式(6)和(7)计算:

式(6)和(7)中,表示历元t1时刻的卫星状态参数值;V1表示观测值改正数。

观测值改正数方差可以通过以下公式(8)计算:

观测值改正数中误差可以通过以下公式(9)计算:

式(9)中,m表示历元t1内的轨道确定观测值个数;表示历元t1内的第i个观测值的改正数中误差。

观测值标准残差可以通过以下公式(10)计算:

观测值方差膨胀因子可以通过以下公式(11)计算:

式(11)中,a为人为设定阈值,通常在[1,1.5]区间取值。

等效观测方差可以通过以下公式(12)计算:

利用等效观测方差进行滤波观测更新可以通过以下公式(13)、(14)、(15)计算:

式(13)、(14)、(15)中,表示更新后的滤波增益矩阵,表示更新后的卫星状态参数值,表示更新后的卫星状态方差值。

在本发明的一种可选实施例中,所述在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,包括:在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息。

本实施例中,本实施例中,在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星存在机动,所述观测信息对应的滤波新息的值过大(超限),是存在状态异常,发生在状态值域,可认为该观测信息对应的发射星或者接收星存在机动。为了方便理解,在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星存在机动可以为在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为2且所述第二标志等于0的情况下表明建立所述观测信息的发射星或者接收星存在机动。

在本发明的一种可选实施例中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,包括:根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子;基于所述预测状态信息和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息。

本实施例中,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子可以为根据所述观测信息确定卫星的状态参数,基于所述预测状态信息和所述状态参数计算所述预测状态信息对应的自适应因子。作为一种示例,所述状态参数的确定过程可以参考上面所述的公式(3);所述预测状态参数可以为预测状态值,即历元第二时间的卫星预测状态值,可以记为所述状态参数可以为卫星状态参数值,即历元第二时间的卫星状态参数值,记为

基于所述预测状态信息和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息可以为基于所述预测状态信息中的预测状态方差和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息。

在本发明的一种可选实施例中,所述根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子,包括:根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的标准化偏差;基于所述标准化偏差确定所述预测状态信息对应的自适应因子。

本实施例中,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的标准化偏差可以为根据所述预测状态信息和所述观测信息计算所述预测状态信息对应的标准化偏差;作为一种示例,所述预测状态信息对应的标准化偏差可以为参数标准化偏差,可以记为|δX1|;在实际应用中,可以获得卫星预测状态参数方差阵的迹,可以记为根据所述预测状态信息和所述观测信息计算所述预测状态信息对应的标准化偏差可以为根据所述预测状态信息和所述观测信息和预测状态参数方差阵的迹计算所述预测状态信息对应的标准化偏差。

基于所述标准化偏差确定所述预测状态信息对应的自适应因子可用以为基于所述标准化偏差和预设阈值确定所述预测状态信息对应的自适应因子;所述预设阈值可以根据实际情况进行确定,所述预设阈值可以为2.5,所述预设阈值可以记为c。

在本发明的一种可选实施例中,所述基于所述等效观测信息进行滤波更新,包括:

获得所述卫星的第二状态参数和第二状态方差;所述第二状态参数由所述观测信息确定;所述第二状态方差由所述第二状态参数确定;

基于所述等效状态信息更新所述二状态参数;

根据更新后的第二状态参数更新所述第二状态方差。

本实施例中,所述第二状态参数可以为卫星状态参数,所述第二状态方差由所述第二状态参数确定可以根据所述第二状态参数计算所述第二状态方差。

基于所述等效状态信息更新所述第二状态参数可以为基于所述等效状态信息更新滤波增益参数,再基于更新后滤波增益参数更新所述第二状态参数;

根据更新后的第二状态参数更新所述卫星的第一状态方差可以为根据更新后的第二状态参数重新计算所述卫星的第二状态方差。

在实际应用中,所述预测状态参数可以为预测状态值,即历元t1时刻的卫星预测状态值,记为所述卫星状态参数可以为卫星状态参数值,即历元t1时刻的卫星状态参数值,记为根据所述预测状态参数和所述卫星状态参数确定所述预测状态信息对应的标准化偏差可以通过以下公式(16)计算:

式(16)中,为卫星预测状态参数方差阵的迹,|δX1|表示所述预测状态信息对应的标准化偏差。

所述预测状态信息对应的自适应因子可以通过以下公式(17)计算:

式(17)中,c为人为设定阈值,通常设定其为2.5。

等效预测状态方差可以通过以下公式(18)计算:

利用等效预测状态方差对机动卫星状态参数进行滤波观测更新可以通过以下公式(19)、(20)、(21)计算:

式(19)、(20)、(21)中,表示利用等效预测状态方差对机动卫星状态参数进行滤波观测更新后的滤波增益矩阵,表示利用等效预测状态方差对机动卫星状态参数进行滤波观测更新后的卫星状态参数值,表示利用等效预测状态方差对机动卫星状态参数进行滤波观测更新后的卫星状态方差值。

本实施例能有效区分观测异常与状态异常,并能在不中断自主轨道确定实时解算流程的前提下极大提高北斗三号系统在异常情况下的自主轨道确定精度,保障其全球服务性能的可靠性。

图2为本发明实施例提供的一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法的应用场景示意图,如图2所示。各个参数的符号以及计算公式可参考前面的描述,在此不再赘述。

S201:输入卫星初始状态值状态参数先验期望方差观测值先验方差Σ0、状态方程先验过程噪声ΣW

本实施例中,卫星初始状态值表示初始历元t0时刻的卫星状态参数值,包含卫星三维位置、三维速度、收发硬件延迟以及太阳光压,可利用精密星历拟合得到;ΣW在整个计算过程中保持不变。

S202:预测计算出历元t1时刻卫星预测状态值X1及卫星预测状态方差值

本实施例中,可以根据卫星在轨受力情况利用精确摄动力模型建立北斗三号系统GEO、IGSO及MEO卫星的摄动运动方程。在已知卫星初始状态值的前提下,利用数值积分方法对三类卫星的摄动运动方程进行积分得到历元t1至历元t0的状态转移矩阵Φ1,0,利状态转移矩阵Φ1,0 计算历元t1时刻的卫星预测状态值及卫星预测状态方差值具体计算过程可以参照前面公式(1)、(2)。

S203:由星间双向观测值组成轨道确定观测值DAB+DBA

本实施例中,将历元t1时刻内卫星的星间双向观测值组成轨道确定观测值,其过程如下:任意选择两颗卫星SVA与SVB,若令SVA发射测距信号SVB接收信号组成的观测值为正向观测值DAB;令SVB发射测距信号SVA接收信号组成的观测值为反向观测值DBA,则该卫星对(SVA与SVB)间的轨道确定观测值为DAB+DBA。按照此方式将该历元内所有的双向观测值相加得到所有卫星对的轨道确定观测值。

S204:建立观测方程。

本实施例中,建立观测方程,给出轨道确定观测值与卫星状态参数间的函数关系式,具体计算过程可以参照前面公式(3)。

S205:计算该历元每个观测值的滤波新息l。

本实施例中,利用卫星预测状态信息与观测信息计算历元t1时刻所有观测值的滤波新息值,具体计算过程可以参照前面公式(4)。

S206:SV_Quality=0

本实施例中,为每颗卫星设置第二标志,该第二标志也可以称为卫星质量标志,记为SV_Quality,并赋初始值0。

S207:判断是否满足l>l-max。

本实施例中,l-max为预设阈值的最大值,由于滤波新息值可作为表征状态信息与观测信息差异的参量。因此,若观测值滤波新息值过大(超限),可认为该观测值存在粗差或该观测值对应发射信号星/接收信号星存在轨道机动。本发明设置阈值l_max,对每个观测值的滤波新息值进行判定。

S208:obs_Quality=0,SV_Quality=1。

本实施例中,若l≤l_max,则将该观测值质量标签Obs_Quality标定为0。并对本历元所有观测值进行遍历:若某观测值对应发射信号星PRN号为j、对应接收信号星PRN号为p,且其质量标志Obs_Quality=0,则分别将卫星j与卫星p的质量标志加1(SV_Qualityj+1,SV_Qualityp+1);

S209:obs_Quality=1,SV_Quality=0。

本实施例中,对每个观测值的滤波新息值进行判定:若l>l_max,则将该观测值质量标志Obs_Quality标定为1;Obs_Qualityi=1表示第i个观测值存在粗差或者建立第i个观测值的发射星SVA或者接收星SVB存在机动。并对本历元所有观测值进行遍历:若某观测值对应发射信号星PRN号为j、对应接收信号星PRN号为p,若观测值质量标志Obs_Quality=1,则跳过不进行任何处理。

S210:判断是否满足SV_Quality>0。

本实施例中,主要考虑到若本历元没有卫星发生机动,则滤波新息超限将仅由观测粗差导致。按照观测粗差出现的随机性及小概率性,此时所有卫星的质量标志SV_Quality都将是一个大于0的值;若本历元卫星j发生了机动,则所有与卫星j有关观测值的质量标志Obs_Quality都将为1,此时卫星j的质量标志SV_Qualityj将等于0。因此,可以通过判断SV_Quality是否大于0来确定本历元有没有卫星发生机动。

S211:卫星未机动。

本实施例中,在满足SV_Quality>0的情况,则表示卫星j没有发生机动。

S212:计算等效观测方差。

本实施例中,计算等效观测方差可以参照前面公式(5)-(12)。

S213:卫星机动,obsQuality=2

本实施例中,在不满足SV_Quality>0的情况,即SV_Qualityj=0,则表示卫星j产生了机动,此时将与卫星j有关(卫星j作为发射星或接收星)观测值的质量标志Obs_Quality赋值为2。因此,对所有观测值的质量标志Obs_Quality进行判定,若Obs_Qualityi=2,则表示该观测值包含了机动星。

S214:计算机动星等效预测状态方差。

本实施例中,计算等效观测方差可以参照前面公式(16)-(18)。

S215:利用等效观测方差或等效预测状态方差进行滤波观测更新。

本实施例中,利用等效观测方差进行滤波观测更新可以参照前面公式(13)-(15);利用等效预测状态方差进行滤波观测更新可以参照前面公式(19)-(21)。

本实施例,可以重复步骤S202~步骤S215进行历元t2的自主轨道确定计算。以此类推,算出全部时间段的卫星轨道。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:在BDS-3卫星自主轨道确定计算中同时顾及了观测异常与状态异常,扩展了自主轨道确定算法的适用场景;利用本发明所提算法可有效减小观测异常与状态异常对BDS-3自主轨道确定精度的影响;利用本发明所提算法可有效提高BDS-3卫星自主轨道确定结果的可用性及可靠性。

本实施例提出又一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波装置,图3为本发明实施例基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波装置的组成结构示意图,如图3所示,所述装置300包括:获得单元301、确定单元302、第一更新单元303和第二更新单元304,其中:

所述获得单元301,用于获得所述卫星的预测状态信息以及所述卫星自主轨道确定的观测信息;

所述确定单元302,用于基于所述获得单元301获得的所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波新息;所述滤波新息表征所述预测状态信息和所述观测信息的差异;

所述获得单元301,还用于基于所述确定单元302确定的所述滤波新息获得所述观测信息对应的第一标志和所述卫星对应的第二标志;所述第一标志表征所述观测信息是否存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;所述第二标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是否存在轨道机动;

所述第一更新单元303,用于在所述获得单元301获得的所述第一标志和所述第二标志满足第一预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息,基于所述等效观测信息进行滤波更新;所述第一预设条件表征所述观测信息中存在观测异常;

所述第二更新单元304,用于在所述获得单元301获得的在所述第一标志和所述第二标志满足第二预设条件的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息,基于所述等效状态信息进行滤波更新;所述第二预设条件表征所述观测信息中存在状态异常。

在其他的实施例中,所述获得单元301,还用于获得第一时间所述卫星的初始状态信息;所述初始状态信息至少包括:初始状态参数、初始状态方差参数、噪声参数;根据所述初始状态信息确定第二时间所述卫星的预测状态信息;所述预测状态信息至少包括:预测状态参数、预测状态方差参数;获得第二时间所述卫星对所述自主轨道确定的观测信息;所述观测信息至少包括:观测参数、设计参数。

在其他的实施例中,所述获得单元301,还用于获得所述第二标志的初始值;所述初始标志表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动;判断所述滤波新息是否大于第一预设阈值;在所述滤波新息小于等于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第一阈值,以及根据所述初始值重新确定所述第二标志的值;所述第一阈值表征所述观测信息不存在粗差且所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星是不存在轨道机动;在所述滤波新息是大于所述第一预设阈值的情况下,确定所述第一标志为第二阈值;所述第二阈值表征所述观测信息是存在粗差或所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在其他的实施例中,所述获得单元301,还用于据所述初始值和第二预设阈值重新确定所述第二标志的值;所述第二预设阈值为大于零的数。

在其他的实施例中,所述装置300还包括,判断单元,

所述判断单元,用于判断所述第二标志的值是否大于所述初始值;

所述确定单元302,还用于在所述第二标志的值小于等于所述初始值的情况下,确定所述第一标志为第三阈值;所述第三阈值表征所述观测信息对应的所述卫星作为发射信号星或接收信号星存在轨道机动。

在其他的实施例中,所述第一获得单元301,还用于获得所述输电导线的张力应变曲线,根据所述张力应变曲线确定每个导线单元的张力参数。

在其他的实施例中,所述确定单元302,还用于在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第二阈值且所述第二标志的值大于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的等效观测信息。

在其他的实施例中,所述第一更新单元303,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子;基于所述观测方差膨胀因子和所述观测信息确定所述等效观测信息。

在其他的实施例中,所述第一更新单元303,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的滤波增益参数;基于所述滤波增益参数、所述预测状态信息和所述观测信息确定所述观测信息对应的改正信息;根据所述改正信息获得所述观测信息对应的标准残差;基于所述标准残差确定所述观测信息对应的观测方差膨胀因子。

在其他的实施例中,所述第一更新单元303,还用于获得所述卫星的第一状态参数和第一状态方差;所述第一状态方差由所述第一状态参数确定;基于所述等效观测信息更新所述第一状态参数;根据更新后的第一状态参数更新所述卫星的第一状态方差。

在其他的实施例中,所述第二更新单元304,还用于在所述第一标志和所述第二标志满足所述第一标志为所述第三阈值且所述第二标志等于所述初始值的情况下,根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述卫星的等效状态信息。

在其他的实施例中,所述第二更新单元304,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的自适应因子;基于所述预测状态信息和所述自适应因子确定所述卫星的等效状态信息。

在其他的实施例中,所述第二更新单元304,还用于根据所述预测状态信息和所述观测信息确定所述预测状态信息对应的标准化偏差;基于所述标准化偏差确定所述预测状态信息对应的自适应因子。

在其他的实施例中,所述第二更新单元304,还用于获得所述卫星的第二状态参数和第二状态方差;所述第二状态参数由所述观测信息确定;所述第二状态方差由所述第二状态参数确定;基于所述等效观测信息更新所述二状态参数;根据更新后的第二状态参数更新所述第二状态方差。

以上装置实施例的描述,与上述方法实施例的描述是类似的,具有同方法实施例相似的有益效果。对于本发明装置实施例中未披露的技术细节,请参照本发明方法实施例的描述而理解。

需要说明的是,本发明实施例中,如果以软件功能模块的形式实现上述的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法,并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术实施例本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory,ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样,本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

对应地,本发明实施例提供一种基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述实施例提供的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法中的步骤。

对应地,本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法中的步骤。

这里需要指出的是:以上存储介质和设备实施例的描述,与上述方法实施例的描述是类似的,具有同方法实施例相似的有益效果。对于本发明存储介质和设备实施例中未披露的技术细节,请参照本发明方法实施例的描述而理解。

需要说明的是,图4为本发明实施例中基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备的一种硬件实体结构示意图,如图4所示,该基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备400的硬件实体包括:处理器401和存储器403,可选地,所述基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备400还可以包括通信接口402。

可以理解,存储器403可以是易失性存储器或非易失性存储器,也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中,非易失性存储器可以是只读存储器(ROM,Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM,Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM,Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM,Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM,ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM,Compact Disc Read-Only Memory);磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM,Random AccessMemory),其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明,许多形式的RAM可用,例如静态随机存取存储器(SRAM,Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM,Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM,SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM,Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM,Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM,SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM,Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器403旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器401中,或者由处理器401实现。处理器401可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,上述方法的各步骤可以通过处理器401中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器401可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP,Digital Signal Processor),或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器401可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤,可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中,该存储介质位于存储器403,处理器401读取存储器403中的信息,结合其硬件完成前述方法的步骤。

在示例性实施例中,基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD,Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD,ComplexProgrammable Logic Device)、现场可编程门阵列(FPGA,Field-Programmable GateArray)、通用处理器、控制器、微控制器(MCU,Micro Controller Unit)、微处理器(Microprocessor)、或其他电子元件实现,用于执行前述方法。

在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的方法和装置,可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,如:多个单元或组件可以结合,或可以集成到另一个观测量,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的各组成部分相互之间的通信连接可以是通过一些接口,设备或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性的、机械的或其他形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,也可以分布到多个网络单元上;可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例的目的。

本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者,本发明实施例上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术实施例本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明是实例中记载的基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法、装置和计算机存储介质只以本发明所述实施例为例,但不仅限于此,只要涉及到该基于卫星自主轨道确定的抗差自适应滤波方法、装置和计算机存储介质均在本发明的保护范围。

应理解,说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外,这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解,在本发明的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。

需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述,仅为本发明的实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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