基于动力学轨道外推的星载辅助GPS快速搜索方法

ＧＰＳ卫 星，从而减 少捕获次数 ，缩短 定位 时间。仿 真 结果表 明 ，相 比 于轮 询搜 索、决 策树搜 索方法 ，为搜 索到 相 同颗 可见
ＧＰＳ卫 星，星载辅助 ＧＰＳ快速搜 索方法需要 的捕 获次数最 少 ；并且 ，随着轨道 高度增加 ，星载辅助 ＧＰＳ方 法需要的捕 获次
Hale Waihona Puke 数 增加 得 最 慢 。
ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｓ ｔｈｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｂｉｔ ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｊｕｄｇｅｓ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＧＰＳ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｂｙ
ｃａ ｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｉｏｎｓ．Ｔｈ ｅ ｓｐａｅｅｂｏｒｎｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ Ｃａ ｎ ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ＧＰＳ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍ ｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｓｈｏｒｔｅｒ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ，ｃｏｍｐａ ｒ ｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｉｎｇ ｔｒｅｅ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ Ａ —ＧＰＳ ｆａｓｔ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ｎｅｅｄｓ ｌｅａｓｔ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｎｕｍｂｅｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ＧＰＳ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｍ ｏｓｔ ｓｌｏｗｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｒｂｉｔ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ．
第２０３１７６卷年第１１月期
遥 测 遥 控
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｅｌｅｍ ｅｔｒｙ，Ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍ ａｎｄ
Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ ２０１６
基 于动 力学轨道 外推 的星载 辅助 ＧＰＳ快 速搜 索方法 ：ｌ＝
朱淑珍 ， 夏运兵 ， 王 龙 ， 齐金玲 ， 尹增 山 ，
关 键词 ：星载 ＧＰＳ接收机 ；辅助 ＧＰＳ；动 力学模 型；可见 星预测 ；捕 获
中图分类号 ：ＴＮ９６５．５
文献标 识码 ：Ａ
文章 编号 ：ＣＮ１１—１７８０（２０１６）０ｌ－－００２１－０６
Ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ Ｆａｓｔ Ｓｅａｒｃｈ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ＧＰＳ
采 用轮询搜 索方 法对所有 ＧＰＳ卫星进行捕获 ，导致定位 时 间长。在 此背景下 ，提 出一种 星载辅助 ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）快速搜 索方
法 ，通过 减少捕 获次数来缩短 定位 时间。方法以卫星轨道运动规律为辅助信息 ，基 于动力学轨道 外推预 测星载 ＧＰＳ接 收机
的 概 略 位 置 ，然后 通 过计 算俯 仰 角 实 时 判 断 ＧＰＳ卫 星 对 星 载 ＧＰＳ接 收 机 是 否 可见 。 星载 ＧＰＳ接 收 机 可 以优 先 捕 获 可 见 的
（１中国科学院上海微系统与信息技术研究所 上海 ２０００５０ ２上海 微小 卫 星工程 中心 上 海 ２０１２０３）
摘 要 ：星 载 ＧＰＳ接 收 机 广 泛应 用 于卫 星 实 时 导航 定位 、定 时 。只 要 捕 获 到 至 少 ４颗 可 见 ＧＰＳ卫 星 ，ＧＰＳ接 收 机 就 能
完成一次定位。但 由于星载 ＧＰＳ接 收机 处于高动态运动状 态 ，无 法接收 外界辅助 信息 ，因此 大部 分 星载 ＧＰＳ接收机 仍然
Ｒ ｅｃｅｉｖｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｏ ｒｂｉｔ Ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ Ｚｈｕ Ｓｈｕｚｈｅｎ ， Ｘｉａ Ｙｕｎｂｉｎｇ ， Ｗａｎｇ Ｌｏｎｇ ， Ｑｉ Ｊｉｎｌｉｎｇ ， Ｙｉｎ Ｚｅｎｇｓｈａｎ ’。 （１ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００５０，Ｃｈｉｎａ
２ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２０３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｆ ｏｒ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｒｅａ ｌ ｔｉｍｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ． Ｗ ｈｉｌｅ ａｔ ｌｅａｓｔ ｆｏｕｒ ｖｉｓｉｂｌｅ ＧＰＳ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ ａｒｅ ａｃｑｕｉｒｅｄ，ｔｈｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｏｎｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ＧＰＳ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ｓｔｉｌｌ ｕｓｅ ｔｈｅ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｎｅｅｄ ｔｏ ｓｅａｒｃｈ ａｌｌ ｔｈｅ ＧＰＳ ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅｓｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ ａｒｅ ｍｏｖｉｎｇ ｆａｓｔ ａｎｄ ｃａｎｔ ｒｅｃｅｉｖｅ ａｎｙ ａｓｓｉｓｔａｎｔ ｒ ｕｅｓ－ ｓａｇｅ ｆｒｏｍ ｏｕｔｓｉｄｅ． Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ ｔｏｏ ｍｕｃｈ ｔｉｍｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｓｐａｃｅｂｏｒｎｅ ａｓｓｉｓｔｅｄ ＧＰＳ ｆａｓｔ ｓｅａｒｃｈ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｒｅ— ｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｂｙ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅｓ． Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｒｅｇａ ｒｄｓ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｏｒｂｉｔａｌ ｍｏｔｉｏｎ ａｓ ａｓｓｉｓｔａｎｔ ｉｎ ｆｏｒ ｍ ａｔｉｏｎ