CN112698361B - 一种基于伪卫星的定位方法及装置 - Google Patents

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CN112698361B CN202110310431.8A CN202110310431A CN112698361B CN 112698361 B CN112698361 B CN 112698361B CN 202110310431 A CN202110310431 A CN 202110310431A CN 112698361 B CN112698361 B CN 112698361B
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Abstract

本申请实施例提供一种基于伪卫星的定位方法及装置，涉及定位技术领域，该基于伪卫星的定位方法包括：先获取常量参数信息，并根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息进行计算，得到初始伪卫星参数信息；然后，根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；然后，再发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。可见，实施这种实施方式，能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。

Description

一种基于伪卫星的定位方法及装置
技术领域
本申请涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种基于伪卫星的定位方法及装置。
背景技术
目前，卫星导航系统应用广泛。当某一区域真实导航卫星出现故障、被干扰或遮挡、DOP值较差时，伪卫星能够辅助、增强或替代真实卫星提供服务。伪卫星为“地面卫星”，一般固定于地面或近地面的某一已知位置，不像GPS卫星按照设计的轨道运行，原有的星历模型不能表达伪卫星位置。现有的伪卫星定位方法中，伪卫星信息只能通过简单变换处理之后直接写入导航电文，然后将导航电文发送给用户端进行位置计算。然而，在实践中发现，现有的伪卫星定位方法，伪卫星信息的电文格式不能和原有的GPS导航电文格式进行导航参数提取算法兼容，这无疑加大伪卫星研发成本和加重GPS接收机的负担。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于伪卫星的定位方法及装置，能够统一参数表达方式，实现兼容原有导航参数提取算法，有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，进而有利于提升伪卫星定位的通用性。
本申请实施例第一方面提供了一种基于伪卫星的定位方法，应用于伪卫星信号生成端，包括：
获取常量参数信息；
根据预设的伪卫星星历模型和所述常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息；
根据预设的参数表达算法对所述初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；
发送包括所述伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使所述伪卫星用户设备端根据所述伪卫星星历参数计算所述伪卫星用户设备端的定位信息。
在上述实现过程中，该方法可以优先获取常量参数信息，并根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息进行计算，得到初始伪卫星参数信息；然后，根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；然后，再发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。可见，实施这种实施方式，能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
进一步地，所述常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率。
在上述实现过程中，常量参数信息可以包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率等参数信息，使用该些参数信息可以有效地提高初始伪卫星参数信息的精确程度，从而提高最终的定位精度。
进一步地，所述伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻、轨道偏心率、所述星历参考时刻对应轨道半长轴的平方根、所述星历参考时刻对应的升交点准经度以及近地点角距。
在上述实现过程中，伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻、轨道偏心率、星历参考时刻对应轨道半长轴的平方根、星历参考时刻对应的升交点准经度以及近地点角距。通过上述参数可知，使用这些特定的参数能够提高伪卫星星历模型的使用效果，从而使得计算出来的初始伪卫星参数信息更加准确，进而能够有效提高最终的定位精度。
进一步地，所述根据预设的伪卫星星历模型和所述常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息，包括：
获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数；
根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻；
根据所述地球常数和所述固定卫星参数计算所述轨道半长轴的平方根；
获取所述伪卫星在地固系位置信息以及所述地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息；
根据所述轨道半长轴的平方根和所述地固系位置信息，计算所述轨道偏心率；
根据所述地球自转角速度常数、所述地固系位置信息以及所述卫星参考时刻计算所述升交点准经度；
根据所述直角坐标系位置信息计算所述近地点角距；
汇总所述固定卫星参数、所述星历参考时刻、所述轨道半长轴的平方根、所述轨道偏心率、所述升交点准经度以及所述近地点角距，得到初始伪卫星参数信息。
在上述实现过程中，该方法在执行根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息的步骤时可以优先获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数；然后，根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻；然后，根据地球常数和固定卫星参数计算轨道半长轴的平方根；然后获取伪卫星在地固系位置信息以及地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息；然后，根据轨道半长轴的平方根和地固系位置信息，计算轨道偏心率；然后，根据地球自转角速度常数、地固系位置信息以及卫星参考时刻计算升交点准经度；然后，根据直角坐标系位置信息计算近地点角距；最后，汇总固定卫星参数、星历参考时刻、轨道半长轴的平方根、轨道偏心率、升交点准经度以及近地点角距，得到初始伪卫星参数信息。可见，实施这种实施方式，能够根据各类参数的多重计算，得到更加准确的初始伪卫星参数信息，从而提高初始伪卫星参数信息的计算精度，提高最终的定位精度。
进一步地，所述固定卫星参数包括轨道倾角、所述星历参考时刻对应的平近点角、所述星历参考时刻对应的平均角速度改正值以及升交点赤经的变率。
在上述实现过程中，伪卫星星历模型还包括固定卫星参数，其中，固定卫星参数包括轨道倾角、星历参考时刻对应的平近点角、星历参考时刻对应的平均角速度改正值以及升交点赤经的变率。可见，当加入了上述的固定卫星参数时，卫星参数模型将得以进一步地提升使用精度，从而有利于提高最终的定位精度。
进一步地，所述获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数，包括：
获取真实卫星设计的电文接口量程；
根据所述电文接口量程确定所述平均角速度改正值；
将所述平近点角的值确定为预设数值；
根据所述地球自转角速度常数确定升交点赤经的变率；
根据预设算法计算轨道倾角；
汇总所述平均角速度改正值、所述平近点角、所述交点赤经的变率以及所述轨道倾角得到固定卫星参数。
在上述实现过程中，该方法在获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数的过程中，可以优先获取真实卫星设计的电文接口量程；然后，再根据电文接口量程确定平均角速度改正值；再将平近点角的值确定为预设数值；再根据地球自转角速度常数确定升交点赤经的变率；再根据预设算法计算轨道倾角；再汇总平均角速度改正值、平近点角、交点赤经的变率以及轨道倾角得到固定卫星参数。可见，该方法可以通过再次处理获取到更加准确的固定卫星参数，从而有利于最终的定位精度的提高。
本申请实施例第二方面提供了一种基于伪卫星的定位方法，应用于伪卫星用户设备端，所述方法包括：
接收伪卫星信号生成端发送的卫星导航电文；
对所述卫星导航电文进行解析处理，得到伪卫星星历参数；
根据所述伪卫星星历参数计算所述伪卫星用户设备端的定位信息。
在上述实现过程中，伪卫星用户设备端可以根据伪卫星信号生成端发送的卫星导航电文进行解析处理，得到伪卫星星历参数，然后再根据伪卫星星历参数计算出伪卫星用户设备端的定位信息。可见，实施这种实施方式，能够使得伪卫星用户设备端可以根据为卫星信号生成端发送的卫星导航电文确定出准确的定位信息，从而有利于伪卫星系统和卫星系统的深度融合，提高整体系统的定位精度与抗干扰特性。
本申请实施例第三方面提供了一种基于伪卫星的定位装置，所述基于伪卫星的定位装置包括：
获取单元，用于获取常量参数信息；
参数计算单元，用于根据预设的伪卫星星历模型和所述常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息；
参数表达处理单元，用于根据预设的参数表达算法对所述初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；
发送单元，用于发送包括所述伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使所述伪卫星用户设备端根据所述伪卫星星历参数计算所述伪卫星用户设备端的定位信息。
在上述实现过程中，该装置能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
本申请实施例第四方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例第一方面中任一项所述的基于伪卫星的定位方法。
本申请实施例第五方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例第一方面中任一项所述的基于伪卫星的定位方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于伪卫星的定位方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种基于伪卫星的定位方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种基于伪卫星的定位装置的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种基于伪卫星的定位装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种基于伪卫星的定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
请参看图1，图1为本申请实施例提供了一种基于伪卫星的定位方法的流程示意图。其中，该应用于伪卫星信号生成端的基于伪卫星的定位方法包括：
S101、获取常量参数信息。
本申请实施例中，该方法的执行主体可以为伪卫星信号生成端，对此本申请实施例中不作任何限定。
本申请实施例中，常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴、地球扁率以及接口规定的有效数值范围等中的一种或者多种，对此本申请实施例不作限定。
本申请实施例中，地球常数具体为地球（包含引力场）常数μ，μ=3.98004418×1014m3/s2，地球自转角速度常数ωe，ωe=7.2921150×10-5rad/s，地球半长轴a e，a e=7.2921150×10m，地球扁率f，f=1/298.257222101。
本申请实施例中，星历参数的数值有效范围必须在接口规定的范围之内，因此，需要获取接口规定的有效数值范围。
本申请实施例中，伪卫星(Pseudo-Satellite或Pseudolite，缩写为PL)，是布设于地面上发射某种定位信号的发射器，通常都是发射类似于GPS的信号。
S102、根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息。
本申请实施例中，伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻toe、轨道偏心率e、星历参考时刻toe对应轨道半长轴a的平方根
Figure 405868DEST_PATH_IMAGE001
、星历参考时刻toe对应的升交点准经度Ω0以及近地点角距ω等，对此本申请实施例不作限定。
本申请实施例中，初始伪卫星参数信息包括星历参考时刻toe、轨道偏心率e、星历参考时刻toe对应轨道半长轴a的平方根
Figure 393416DEST_PATH_IMAGE001
、星历参考时刻toe对应的升交点准经度Ω0、近地点角距ω以及固定卫星参数，其中固定卫星参数包括轨道倾角i0、星历参考时刻toe对应的平近点角M0、星历参考时刻toe对应的平均角速度改正值△n以及升交点赤经的变率
Figure 617723DEST_PATH_IMAGE002
。
作为一种可选的实施方式，伪卫星星历模型可以为（toe，e，
Figure 679220DEST_PATH_IMAGE003
，Ω0，ω，i0，M0，△n，
Figure 28818DEST_PATH_IMAGE004
）。
在上述实施方式中，该伪卫星星历模型为9参数星历模型。
作为另一种可选的实施方式，在9参数星历模型的基础上，由于可以固定参数M0为0.0、参数i0固定为π/2；参数
Figure 441345DEST_PATH_IMAGE004
可以固定为地球自转角速度常数ωe，而μ=n 0 2▪a 3且Δn=n 0，进而，可将9参数星历模型进一步简化为5参数模型，即伪卫星星历模型可以为（toe，e，
Figure 469343DEST_PATH_IMAGE003
，Ω0，ω）。
本申请实施例中，实施上述伪卫星星历模型，不同地理位置的伪卫星星历都能以相同的星历模型和接口准确表达，不会因为其布设的地理位置不同而在参数量程上发生大的变化。
S103、根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数。
本申请实施例中，星历参数信息是导航电文的主要内容之一。星历参数信息是卫星导航电文的关键内容，其选择和设计不仅决定了广播星历所能达到的精度，而且决定了用户算法的复杂程度。星历参数信息的精度和外推能力是影响导航系统可靠性和控制复杂程度的重要因素。
本申请实施例中，在得到初始伪卫星参数信息之后，需要根据导航电文接口的设计要求进行表达，则需要根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，以使星历参数信息的数值有效范围必须在接口规定的范围之内。
本申请实施例中，预设的参数表达算法可以根据导航电文接口的设计要求进行确定，并预先设置，对此本申请实施例不作限定。
本申请实施例中，根据上述预设的伪卫星星历模型，部分星历参数范围与GPS或北斗系统定义的范围不一样。根据目前导航系统混合星座构成及发展趋势，可以区分MEO、GEO（IGSO）、伪卫星等不同类型，不同参数表达在导航电文中采用不同的默认值，即导航电文接口表达的数值是星历参数真值相对于默认参考值的变量。
作为一种可选的实施方式，伪卫星星历部分参数也可以采用上述基于默认参考值变化量的表达方式，以减少通信数据量、节约通信资源。具体地，伪卫星对半长轴a的默认参考值为14270000km，偏心率e的默认参考值为0.99，Δn的默认参考值为-1.17×10-8，
Figure 650926DEST_PATH_IMAGE004
的默认参考值为地球自转速度常量ωe。
本申请是实施例中，通过实施上述步骤S101~步骤S103，能够实现伪卫星与真实导航卫星的完全兼容表达。
本申请实施例中，在根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理之后，得到伪卫星星历参数，举例来说，可以参照北斗系统16参数广播星历表达参数接口有效范围来确定参数表达算法，并对其进行预先设定，得到的伪卫星星历参数可以按照导航电文接口进行表达，具体如下表（表1）所示：
Figure 902916DEST_PATH_IMAGE005
S104、发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。
本申请实施例中，生成的伪卫星星历参数能够在基于普通卫星导航设备在无硬件改动的情况下，实现对真实和伪卫星信号的联合或独立使用，并能够保证伪卫星星历的兼容表达和用户星历计算的算法兼容，使伪卫星能够按照真实卫星导航电文的信号帧结构发播导航信号，确保用户基于现有硬件状态实现对真实导航信号或伪卫星导航信号的伪距测量和电文接收与解译。
本申请实施例中，伪卫星用户设备端在接收到包括伪卫星星历参数的卫星导航电文之后，可以根据上述表1，对卫星导航电文进行正确解译，得到伪卫星星历参数，然后可以采用与普通GPS星历算法完全一致的算法，计算伪卫星的位置，进而可以根据伪卫星的位置进行定位信息的计算。
本申请实施例中，该方法的应用场景主要为伪卫星信号生成端和伪卫星用户设备端。真实卫星导航电文具体格式编排非常严格，例如北斗B1I和B2I的MEO/IGSO卫星导航电文由超帧、主帧和子帧组成。每个超帧36000比特，历时12分钟，每个超帧由24主帧组成（24个页面）；每个主帧1500比特，历时30秒，每个主帧由5个子帧组成；每个子帧为300比特，历时6秒，每个子帧由10个字组成；每个字为30比特，历时0.6秒。广播星历在子帧1、2、3中播发，30秒重复周期。16个广播星历参数总共占371个比特数。对特定导航信号而言，导航电文特定位置和范围内的信息格式固定的。
在实际生活中使用中，如果伪卫星广播星历不能按照真实卫星导航电文格式在一致的位置和范围表达一致的星历参数，则普通接收机至少需要在板卡和整机级重新设计专用的伪卫星接收机，无法直接兼容使用真实卫星和伪卫星信号。而通过本实施例提供的方法，能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
本申请实施例中，在接收到包括伪卫星星历参数的卫星导航电文之后，进而对卫星导航电文进行解译，得到伪卫星星历参数，根据伪卫星星历参数计算定位信息时，可以使用以下公式：
r k =a▪(1-e)
x k =r k cosu k
y k =r k sinu k
Ω k =Ω - ωetoe
Figure 802739DEST_PATH_IMAGE006
其中，[x，y，z]T为伪卫星在CGCS2000坐标系（即地固系）中的位置坐标，r k 为改正后的改正后的轨道倾角，Ω k 为伪卫星在历元地固系中的升交点赤经，（x k ，y k ）为伪卫星在轨道平面内的坐标。
在上述步骤中，在计算截断误差允许的时间范围内伪卫星星历参数一直有效。
可见，实施本实施例所描述的基于伪卫星的定位方法，能够优先获取常量参数信息，并根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息进行计算，得到初始伪卫星参数信息；然后，根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；然后，再发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。可见，实施这种实施方式，能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
实施例2
请参看图2，图2为本申请实施例提供的一种基于伪卫星的定位方法的流程示意图。如图2所示，其中，该基于伪卫星的定位方法包括：
S201、获取常量参数信息。
本申请实施例中，常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率。
S202、获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数。
本申请实施例中，固定卫星参数包括轨道倾角、星历参考时刻对应的平近点角、星历参考时刻对应的平均角速度改正值以及升交点赤经的变率。
作为一种可选的实施方式，获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数的步骤包括：
获取真实卫星设计的电文接口量程；
根据电文接口量程确定平均角速度改正值；
将平近点角的值确定为预设数值；
根据地球自转角速度常数确定升交点赤经的变率；
根据预设算法计算轨道倾角；
汇总平均角速度改正值、平近点角、交点赤经的变率以及轨道倾角得到固定卫星参数。
在上述实施方式中，预设数值可以为0.0。
在上述实施方式中，在地固系中伪卫星并未运动，所以在数学意义上设计了一个“二体运动伪卫星轨道”。μ为地球引力常数，n0是卫星运动角速度，a为轨道半长轴。当伪卫星星历模型为（toe，e，
Figure 368849DEST_PATH_IMAGE003
，Ω0，ω，i0，M0，△n，
Figure 670518DEST_PATH_IMAGE004
）时，其中各参数生成算法如下：
①参数△n的值直接由真实卫星设计的电文接口量程确定。以北斗系统接口控制文件为例，△n的量程范围[-3.73×10-9π/s，+3.73×10-9π/s]，则△n的值取负最大值：-3.73×10-9π/s。
②令n 0=-△n，再根据
Figure 93409DEST_PATH_IMAGE007
，可确定星历参数中的轨道半长轴a值。星历参数△n =-n 0就可以实现数学意义上伪卫星在轨道内角速率综合效果为0，可保证伪卫星在轨道沿迹方向保持静止。
③令M0=0.0。令伪卫星在地固系位置点为“二体运动伪卫星轨道”的近地点。
④星历参数轨道偏心率e可以根据e=（a-∣
Figure 480528DEST_PATH_IMAGE008
∣）/a确定。
Figure 850329DEST_PATH_IMAGE008
为伪卫星在地固系的位置矢量，∣
Figure 740925DEST_PATH_IMAGE008
∣为伪卫星的地心距离。
⑤为简化星历拟合过程，令“二体运动伪卫星的轨道”倾角星历参数i0=π/2。
⑥星历参数中的近地点角ω=tan-1（rz，
Figure 537979DEST_PATH_IMAGE009
）。
⑦toe为实际星历计算参考的具体时刻。实际赋值为星历参考时刻的周内秒计数。
⑧令“二体运动伪卫星轨道”升交点西进速率参数
Figure 209132DEST_PATH_IMAGE010
与地球自转速率ωe一致，即
Figure 382625DEST_PATH_IMAGE010
=ωe。则该卫星在轨道法方向也保持静止，即伪卫星在地固系中没有垂直轨道方向运动。
⑨星历参数中的升交点赤经Ω0=rlon+ωe×toe。Ω0为参考时间周0秒时刻的升交点赤经，rlon为伪卫星位置的地理经度，ωe为地球自转速度常量。
在上述实施方式中，伪卫星星历参数生成算法特点总结如下：
①“二体运动伪卫星轨道”星历参数轨道倾角i0=π/2，轨道角速率摄动量与轨道角速率大小相等符号相反n 0=-△n，轨道升交点西进速率与地球自转速度相等
Figure 393306DEST_PATH_IMAGE010
=ωe，可以保证伪卫星在地固系内没有轨道平面内运动，也没有轨道法方向运动，即静止在轨道内。
②将“二体运动伪卫星轨道”近地点设定在伪卫星在地固系中的位置，可简化星历参数生成过程。初始时刻平近地点角M=0.0，近地点角ω=tan-1（rz，
Figure 361262DEST_PATH_IMAGE011
）。
S203、根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻。
S204、根据地球常数和固定卫星参数计算轨道半长轴的平方根。
S205、获取伪卫星在地固系位置信息以及地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息。
本申请实施例中，在地球固定坐标系中伪卫星位置固定，只有三个已知位置量。为了保证时空基准的统一，伪卫星星历生成需要与真实卫星采用一致的空间参考系。
S206、根据轨道半长轴的平方根和地固系位置信息，计算轨道偏心率。
S207、根据地球自转角速度常数、地固系位置信息以及卫星参考时刻计算升交点准经度。
S208、根据直角坐标系位置信息计算近地点角距。
S209、汇总固定卫星参数、星历参考时刻、轨道半长轴的平方根、轨道偏心率、升交点准经度以及近地点角距，得到初始伪卫星参数信息。
S210、根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数。
举例来说，假定伪卫星的地固系位置信息（CGCS2000坐标系信息）为：117.00°（E），45.00°（N），100.0米（H）, 对应的直角坐标系坐标为：rx：-2050975.443米，ry：4025265.950米，rz：4487419.119米。当星历参数模型为（toe，e，
Figure 519711DEST_PATH_IMAGE003
，Ω0，ω，i0，M0，△n，
Figure 231315DEST_PATH_IMAGE004
），具体参数生成过程如下：
第一步：以北斗系统接口控制文件为例，△n的量程范围[-3.73×10-9π/s，+3.73×10-9π/s]，则△n的值取负最大值：-3.73×10-9π/s，即△n =1.1703344634E-08弧度/秒；
第二步：令n0=-△n，根据地球（包含引力场）常数μ和公式
Figure 96503DEST_PATH_IMAGE007
，可以计算得到星历参数a值为：14277075708.6742米；
第三步：令星历参数M0=0.0弧度；
第四步：根据公式e=（a-∣
Figure 235360DEST_PATH_IMAGE008
∣）/a，可以计算得到参数e值为：0.99955399904，无量纲；
第五步：根据公式i0=π/2，可以计算得到参数i0的值为：1.5707963268弧度；
第六步：根据公式ω=tan-1（rz，
Figure 881105DEST_PATH_IMAGE009
），计算得到参数ω=0.78203979745弧度；
第七步：星历参考时刻toe可以根据伪卫星实际星历参数参考的时间周内秒确定。例如，星历参考时刻为UTC时间2021年1月10日0时16分36秒，对应是北斗时间第784周1000秒（北斗时与UTC的时差为4秒），则toe为1000秒；
第八步：根据地球自转角速度常数ωe给参数
Figure 130821DEST_PATH_IMAGE004
赋值：
Figure 116094DEST_PATH_IMAGE004
=ωe=7.2921150×10-5rad/s弧度/秒；
第九步：根据公式Ω0=rlon+ωe×toe，计算参数Ω0值为：2.11495637483337弧度。
S211、发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。
可见，实施本实施例所描述的基于伪卫星的定位方法，能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
实施例3
请参看图3，图3为本申请实施例提供了一种基于伪卫星的定位方法的流程示意图。其中，该应用于伪卫星用户设备端的基于伪卫星的定位方法包括：
S301、接收伪卫星信号生成端发送的卫星导航电文。
S302、对卫星导航电文进行解析处理，得到伪卫星星历参数。
S303、根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。
本申请实施例中，伪卫星用户设备端在接收到包括伪卫星星历参数的卫星导航电文之后，可以根据实施例1提供的，对卫星导航电文进行正确解译，得到伪卫星星历参数，然后可以采用与普通GPS星历算法完全一致的算法（见下表2中伪卫星星历计算过程），计算伪卫星的位置，进而可以根据伪卫星的位置进行定位信息的计算。
本申请实施例中，伪卫星的位置包括伪卫星的地固系位置信息（即地理位置坐标）和地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息（即直角坐标）。
本申请实施例中，为了体现算法的兼容性，将北斗16参数星历模型和伪卫星参数模型的用户计算过程对比展示。以实施例2的伪卫星的星历参数的计算举例为例，伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星的位置的具体过程如下表（表2）所示：
Figure 425853DEST_PATH_IMAGE012
根据星历拟合结果及导航电文接口数值范围表达要求，按照与标准北斗16参数星历用户算法完全兼容的伪卫星星历计算算法（即表2中的伪卫星星历计算过程），计算的伪卫星的位置如下：
伪卫星的直角坐标为： X：-2050975.443，Y:4025265.950，Z：4487419.119；
对应的地理位置坐标为： 117.00°（E），45.00°（N），100.0米（H）米；
在上述举例中，用户星历计算位置结果的误差为计算截断误差，可以忽略不计。伪卫星在地固系中静止，其地固系速度为0。
作为一种可选的实施方式，伪卫星用户设备端可以包括：
第一单元，用于接收伪卫星信号生成端发送的卫星导航电文；
第二单元，用于对卫星导航电文进行解析处理，得到伪卫星星历参数；
第三单元，用于根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。
可见，实施本实施例所描述的基于伪卫星的定位方法，能够使得伪卫星用户设备端可以根据为卫星信号生成端发送的卫星导航电文确定出准确的定位信息，从而有利于伪卫星系统和卫星系统的深度融合，提高整体系统的定位精度与抗干扰特性。
实施例4
请参看图4，图4为本申请实施例提供的一种基于伪卫星的定位装置的结构示意图。如图4所示，该基于伪卫星的定位装置包括：
获取单元410，用于获取常量参数信息；
参数计算单元420，用于根据预设的伪卫星星历模型和常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息；
参数表达处理单元430，用于根据预设的参数表达算法对初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；
发送单元440，用于发送包括伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使伪卫星用户设备端根据伪卫星星历参数计算伪卫星用户设备端的定位信息。
本申请实施例中，基于伪卫星的定位装置为伪卫星信号生成端。
本申请实施例中，对于基于伪卫星的定位装置的解释说明可以参照实施例1、实施例2或实施例3中的描述，对此本申请实施例中不再多加赘述。
可见，实施本实施例所描述的基于伪卫星的定位装置，能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
实施例5
请一并参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种基于伪卫星的定位装置的结构示意图。其中，图5所示的基于伪卫星的定位装置是由图4所示的基于伪卫星的定位装置进行优化得到的。如图5所示，常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率。
作为一种可选的实施方式，伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻、轨道偏心率、星历参考时刻对应轨道半长轴的平方根、星历参考时刻对应的升交点准经度以及近地点角距。
作为一种可选的实施方式，参数计算单元420包括：
获取子单元421，用于获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数；
确定子单元422，用于根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻；
计算子单元423，用于根据地球常数和固定卫星参数计算轨道半长轴的平方根；
获取子单元421，还用于获取伪卫星在地固系位置信息以及地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息；
计算子单元423，还用于根据轨道半长轴的平方根和地固系位置信息，计算轨道偏心率；
计算子单元423，还用于根据地球自转角速度常数、地固系位置信息以及卫星参考时刻计算升交点准经度；
计算子单元423，还用于根据直角坐标系位置信息计算近地点角距；
汇总子单元424，用于汇总固定卫星参数、星历参考时刻、轨道半长轴的平方根、轨道偏心率、升交点准经度以及近地点角距，得到初始伪卫星参数信息。
作为一种可选的实施方式，伪卫星星历模型还包括固定卫星参数，其中，固定卫星参数包括轨道倾角、星历参考时刻对应的平近点角、星历参考时刻对应的平均角速度改正值以及升交点赤经的变率。
作为一种可选的实施方式，获取子单元421包括：
第一模块，用于获取真实卫星设计的电文接口量程；
第二模块，用于根据电文接口量程确定平均角速度改正值；
第三模块，用于将平近点角的值确定为预设数值；
第四模块，用于根据地球自转角速度常数确定升交点赤经的变率；
第五模块，用于根据预设算法计算轨道倾角；
第六模块，用于汇总平均角速度改正值、平近点角、交点赤经的变率以及轨道倾角得到固定卫星参数。
本申请实施例中，对于基于伪卫星的定位装置的解释说明可以参照实施例1、实施例2或实施例3中的描述，对此本申请实施例中不再多加赘述。
可见，实施本实施例所描述的基于伪卫星的定位装置，能够根据伪卫星星历模型和参数表达算法确定出准确地伪卫星星历参数，从而使得伪卫星用户设备端可以获取到准确地定位信息；同时，实施这种实施方式，更能够对参数表达方式进行统一，使用能够兼容原有导航参数的提取算法，还有利于减少伪卫星研发成本和GPS接收机的负担，从而有利于提升伪卫星定位的通用性。
本申请实施例中，对于基于伪卫星的定位系统的解释说明可以参照实施例1、实施例2或实施例3中的描述，对此本申请实施例中不再多加赘述。
本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例1、实施例2或实施例3中任一项基于伪卫星的定位方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例1、实施例2或实施例3中任一项基于伪卫星的定位方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案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计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种基于伪卫星的定位方法，其特征在于，应用于伪卫星信号生成端，包括：
获取常量参数信息；所述常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率；
获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数；所述伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻、轨道偏心率、所述星历参考时刻对应轨道半长轴的平方根、所述星历参考时刻对应的升交点准经度以及近地点角距；
根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻；
根据所述地球常数和所述固定卫星参数计算所述轨道半长轴的平方根；
获取所述伪卫星在地固系位置信息以及所述地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息；
根据所述轨道半长轴的平方根和所述地固系位置信息，计算所述轨道偏心率；
根据所述地球自转角速度常数、所述地固系位置信息以及所述卫星参考时刻计算所述升交点准经度；
根据所述直角坐标系位置信息计算所述近地点角距；
汇总所述固定卫星参数、所述星历参考时刻、所述轨道半长轴的平方根、所述轨道偏心率、所述升交点准经度以及所述近地点角距，得到初始伪卫星参数信息；
根据预设的参数表达算法对所述初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；
发送包括所述伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使所述伪卫星用户设备端根据所述伪卫星星历参数计算所述伪卫星用户设备端的定位信息。
2.根据权利要求1所述的基于伪卫星的定位方法，其特征在于，所述固定卫星参数包括轨道倾角、所述星历参考时刻对应的平近点角、所述星历参考时刻对应的平均角速度改正值以及升交点赤经的变率。
3.根据权利要求2所述的基于伪卫星的定位方法，其特征在于，所述获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数，包括：
获取真实卫星设计的电文接口量程；
根据所述电文接口量程确定所述平均角速度改正值；
将所述平近点角的值确定为预设数值；
根据所述地球自转角速度常数确定升交点赤经的变率；
根据预设算法计算轨道倾角；
汇总所述平均角速度改正值、所述平近点角、所述交点赤经的变率以及所述轨道倾角得到固定卫星参数。
4.一种基于伪卫星的定位装置，其特征在于，所述基于伪卫星的定位装置包括：
获取单元，用于获取常量参数信息；所述常量参数信息至少包括地球常数、地球自转角速度常数、地球半长轴和地球扁率；
参数计算单元，用于根据预设的伪卫星星历模型和所述常量参数信息，计算初始伪卫星参数信息；
参数表达处理单元，用于根据预设的参数表达算法对所述初始伪卫星参数信息进行处理，得到伪卫星星历参数；
发送单元，用于发送包括所述伪卫星星历参数的卫星导航电文至伪卫星用户设备端，以使所述伪卫星用户设备端根据所述伪卫星星历参数计算所述伪卫星用户设备端的定位信息；其中，
所述参数计算单元包括：
获取子单元，用于获取预设的伪卫星星历模型的固定卫星参数；所述伪卫星星历模型至少包括星历参考时刻、轨道偏心率、所述星历参考时刻对应轨道半长轴的平方根、所述星历参考时刻对应的升交点准经度以及近地点角距；
确定子单元，用于根据当前实际星历计算参考的具体时刻确定星历参考时刻；
计算子单元，用于根据地球常数和固定卫星参数计算轨道半长轴的平方根；
所述获取子单元，还用于获取伪卫星在地固系位置信息以及地固系位置信息对应的直角坐标系位置信息；
所述计算子单元，还用于根据轨道半长轴的平方根和地固系位置信息，计算轨道偏心率；
所述计算子单元，还用于根据地球自转角速度常数、地固系位置信息以及卫星参考时刻计算升交点准经度；
所述计算子单元，还用于根据直角坐标系位置信息计算近地点角距；
汇总子单元，用于汇总固定卫星参数、星历参考时刻、轨道半长轴的平方根、轨道偏心率、升交点准经度以及近地点角距，得到初始伪卫星参数信息。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至3中任一项所述的基于伪卫星的定位方法。
6.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求1至3任一项所述的基于伪卫星的定位方法。
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