CN113589337B - 一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统 - Google Patents

一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统，对获取到的待定位卫星的卫星星历和待定位卫星播发的各频点导航信号进行推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；在地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到一定范围内的目标估计位置；将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，采用牛顿下山法进行递归，更新单星多普勒定位的基本观测方程；得到低轨卫星单星定位结果，采用牛顿下山法进行递归，扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，保证了能解算出单星定位结果。

Description

一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星定位领域，具体涉及一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统。
背景技术
低轨通导一体卫星播发功率较强的时隙通信信号和导航增强信号。低轨星快速过境期间，地面终端可以有多种方式实现单星定位，比如利用测距、载波多普勒/相位、网格搜索等。然而因为卫星播发的通导联合信号中，导航信号时隙较短，调制测距码和电文信息的时隙信号在地面接收终端处理时，很难获取高精度测量值。地面终端在利用多普勒实现定位的方式中，除了需要考虑多普勒精度，还需要考虑实现过程的相关情况：其中，基于网格的搜索定位算法需要考虑初始高程初始值，基于最小二乘的定位算法需要考虑观测方程初始值问题和最小二乘迭代收敛的约束，二者均有各自的优缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提升通导一体低轨卫星过境期间地面终端接收时隙信号并处理后的单星定位精度，目的在于提供一种通导一体低轨卫星场景下的单星定位方法及系统，利用多普勒观测值获取较高精度的单星定位，通过网格搜索算法标定目标范围和最小二乘改进算法，结合其他途径获取的高精度多普勒测量值，利用牛顿下山法进行递归，保证观测方程组递归迭代收敛的有效性，从而提高通导一体低轨卫星过境期间地面终端对过境卫星的单星定位精度。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，包括以下步骤：
步骤S1、在同一接收终端同基准时钟下，获取过境卫星的卫星星历和过境卫星播发的各频点导航信号，根据卫星星历对各频点导航信号推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；
步骤S2、根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，选定待定位地面终端搜索覆盖范围内的已知坐标点为中心，设定高程常数值，在待定位地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端一定范围内的目标估计位置；
步骤S3、初始化钟差，将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；
步骤S4、根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，若判断结果为否，则采用牛顿下山法进行递归，更新残差解，根据更新的残差解更新单星多普勒定位的基本观测方程；最终得到低轨卫星单星定位结果。
由于连续采样时间间隔越长则用户观测点的DOP值越好，用户定位精度越高，然而在单星定位的情况下，受卫星过境时间的影响，过境时间较短，且获得的是间隙播发信号，如果在该有限时间内等间隔采样，则随采样间隔越长导致采样点较少，且在利用最小二乘法解算多普勒方程时解算方程的过程中由于方程的非线性度差导致最小二乘递归时收敛性不好，此外形成的观测方程初始值的设置也影响收敛性，从而无法解算出卫星定位结果，针对此，本发明考虑到单星过境时，对于单颗卫星来说，使用最小二乘法进行迭代收敛时，对于观测多普勒方程组非线性度差限制了最小二乘递归收敛性的问题，采用牛顿下山法进行递归，扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，从而使得在段时间内得到的采样点较多，提高单颗卫星过境时的定位精度，并且选取千公里级别大范围内的网格搜索，获取距离真实位置水平距离仅公里级别的初始点，也能解决最小二乘算法观测方程收敛初始值范围限制的问题，通过扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，保证解算方程组时能得到卫星的定位结果。
进一步地，步骤S2的具体过程为：
步骤S21、将搜索覆盖范围内的水平经纬度区域划分为MxM的均匀网格，对于每一个网格中心的经纬度，设定高程常数值，由经纬度和高程常数值组成大地坐标，将该大地坐标转换得到待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置；
步骤S22、当地面终端处于静止状态，结合播发信号的标称频率，结合卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度和待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置，计算所述不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
步骤S23、获取相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在地面终端获取的高精度多普勒测量值；设定网格搜索粒度大小，遍历所有网格点，根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值分别解算每一个网格点的叠加代价函数，找到最大叠加代价函数所在网格；
步骤S24、以最大叠加代价函数所在网格对应的搜索坐标为中心，重新设定高程常数值并将水平经纬度范围内的区域以更细的网格搜索粒度进行划分；
步骤S25、重复步骤S22-S24，直到网格搜索粒度大小满足最小二乘迭代算法可收敛时，最终得到接近实际位置的一定范围内的目标估计位置。
进一步地，所述找到最大叠加代价函数所在网格的具体过程为：
结合不同时刻下卫星轨道上任意点对应在地面包括地面终端位置在内所产生的等价多普勒径向值形成的几何圆，计算每个网格搜索中心点的叠加代价函数，利用两圆交汇两个点，三圆确定目标点，当三圆交汇时得到最大叠加代价函数值，叠加代价函数的计算方法：
其中，ffrq是播发信号频点值，c是光速，表示多普勒测量估计值，/>表示高精度多普勒测量值，/>是卫星坐标，rb为终端位置坐标，/>是卫星在k时刻的x分量速度，是卫星在k时刻的x分量位置，rbx是地面终端x分量位置，相同的，/>rbx对应的y、z分量。
进一步地，步骤S3的具体过程为：
步骤S31、根据卫星星历和本地时间，计算多个历元下卫星位置向量、地面终端向量和卫星速度向量在某一历元k下在x，y，z方向上的偏导数
rb＝[rbx,rby,rbz]T
其中，表示卫星速度向量，/>为卫星位置向量，rb表示地面终端向量；
步骤S32、构建多历元观测矩阵，按照步骤S31得到观测矩阵G的第k行向量Gk的方式，根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性的约束，对n次观测结果构建多历元观测矩阵：
G＝[G1,G2,...,Gn]T；
步骤S33、根据多普勒测量估计值计算伪距率估计值根据伪距率估计值/>和伪距率之差计算得到观测残差/>根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性约束，对n次观测结果构建观测残差向量B：
其中，单星多普勒定位的基本观测方程为：
其中，k表示卫星过境期间的间隔观测历元序号，ffrq是播发信号频点值，c为光速；表示伪距率，/>表示测站接收机时钟频偏变化率，εk为组合测量误差设定为固定值；
步骤S34、采用最小二乘法，以目标估计位置为迭代初值，求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到测站位置改正量和测站接收机时钟频偏变化率改正量：
步骤S35、获取的解为残差解。
进一步地，根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势的具体过程为：
步骤S41、判别步骤S35得到的当前残差解与上一组残差解相比是否收敛到设定精度，若判断结果为是，则执行步骤S42；若判断结果为否则利用牛顿下山法将当前残差解乘以系数0.5，即再执行步骤S42；
步骤S42、根据步骤S41的残差解结果更新地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率，得到更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率
步骤S43、计算得到的地面终端向量的变化值是否小于设定门限值；
步骤S44、若计算结果为地面终端向量的变化值不小于设定门限值，且当前迭代次数未超出设定迭代次数，则将步骤S42中得到的更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率作为初始输入值，重复步骤S31-S35和步骤S41-S43，若当前迭代次数超出设定迭代次数，则执行步骤S46；
步骤S45、若计算结果为地面终端向量的变化值小于设定门限值，则得到最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率；
步骤S46、将得到的最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率更新单星多普勒定位的基本观测方程，得到低轨卫星单星定位结果。
进一步地，步骤S43中的门限值的设定根据牛顿最小二乘迭代收敛接近0时的残差精度程度而设定。
另外，本发明提供一种通导一体低轨卫星单星定位系统，包括天线射频模块、基带处理模块、解调数据处理模块、网格搜索模块、方程解算模块和卫星定位模块，其中
所述天线射频模块用于接收过境卫星播发的包含卫星星历、时间等信息的过境卫星各频点通导一体调制信号和同卫星载荷播发的独立导航信号；
所述基带处理模块用于对天线射频模块接收的信号进行捕获、跟踪、同步、解调、译码处理，得到过境卫星到待定位地面终端的测量数据和导航电文数据；
解调数据处理模块根据所述测量数据和导航电文数据计算不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度、相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在待定位地面终端获取的高精度多普勒测量值；同时根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，计算不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
所述网格搜索模块用于根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值，在地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端实际位置一定范围内的目标估计位置；
方程解算模块用于以目标估计位置为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，在迭代过程中采用牛顿下山法进行递归，得到低轨卫星单星定位结果；
卫星定位模块用于根据低轨卫星单星定位结果对通道一体的低轨卫星进行单星定位。
进一步地，所述牛顿下山法为对单次迭代结果乘以系数0.5后再进行下一次迭代。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统，采用选取千公里级别大范围内的网格搜索，获取距离真实位置水平距离仅公里级别的初始点，解决后续最小二乘算法观测方程收敛初始值范围限制的问题；
2、本发明一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统，在网格搜索时通过卫星过境期间在地面点产生径向多普勒三圆交点的原理和方法，获取搜索范围内最大径向多普勒累加量，标定目标区域，结合相同时刻下从同卫星载荷播发的独立导航信号中获取的高精度多普勒测量值，保证定位精度；
3、本发明一种通导一体低轨卫星单星定位方法及系统，采用牛顿下山法进行递归，扩大初始值取值范围和增强递归收敛性，解决了单星过境观测多普勒方程组非线性度差的问题，增强了最小二乘递归收敛性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明方法整体结构示意图；
图2为本发明系统结构框图；
图3为一种实施方式中按照本发明方法实现的卫星过境仿真定位效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
实施例1
如图1所示，本发明的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，包括以下步骤：
步骤S1、在同一接收终端同基准时钟下，获取过境卫星的卫星星历和过境卫星播发的各频点导航信号，根据卫星星历对各频点导航信号推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；
步骤S2、根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，选定待定位地面终端搜索覆盖范围内的已知坐标点为中心，设定高程常数值，在待定位地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端一定范围内的目标估计位置；
具体地，大区域网格搜索包括步骤S21-S25：
步骤S21、将搜索覆盖范围内的水平经纬度区域划分为MxM的均匀网格，对于每一个网格中心的经纬度，设定高程常数值，由经纬度和高程常数值组成大地坐标，将该大地坐标转换得到待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置；
步骤S22、当地面终端处于静止状态，结合播发信号的标称频率，结合卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度和待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置，计算所述不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
步骤S23、获取相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在地面终端获取的高精度多普勒测量值；设定网格搜索粒度大小，遍历所有网格点，根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值分别解算每一个网格点的叠加代价函数，找到最大叠加代价函数所在网格；
其中，找到最大叠加代价函数所在网格的具体过程为：
结合不同时刻下卫星轨道上任意点对应在地面包括地面终端位置在内所产生的等价多普勒径向值的几何圆，计算每个网格搜索中心点的叠加代价函数，利用两圆交汇两个点，三圆确定目标点，当三圆交汇时得到最大叠加代价函数值，叠加代价函数的计算方法：
其中，ffrq是播发信号频点值，c是光速，表示多普勒测量估计值，/>表示高精度多普勒测量值，/>是卫星坐标，rb为终端位置坐标，/>是卫星在k时刻的x分量速度，是卫星在k时刻的x分量位置，rbx是地面终端x分量位置，相同的，/>rbx对应的y、z分量。
步骤S24、以最大叠加代价函数所在网格对应的搜索坐标为中心，重新设定高程常数值并将水平经纬度范围内的区域以更细的网格搜索粒度进行划分；
步骤S25、重复步骤S22-S24，直到网格搜索粒度大小满足最小二乘迭代算法可收敛时，最终得到接近实际位置的一定范围内的目标估计位置。
步骤S3、初始化钟差，将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；
步骤S4、根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，若判断结果为否，则采用牛顿下山法进行递归，更新残差解，根据更新的残差解更新单星多普勒定位的基本观测方程；最终得到低轨卫星单星定位结果。
上述得到低轨卫星定位结果的具体过程包括以下步骤：
步骤S31、根据卫星星历和本地时间，计算多个历元下卫星位置向量、地面终端向量和卫星速度向量在某一历元k下在x，y，z方向上的偏导数
rb＝[rbx,rby,rbz]T
其中，表示卫星速度向量，/>为卫星位置向量，rb表示地面终端向量；
步骤S32、构建多历元观测矩阵，按照步骤S31得到观测矩阵G的第k行向量Gk的方式，根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性的约束，对n次观测结果构建多历元观测矩阵：
G＝[G1,G2,...,Gn]T；
步骤S33、根据多普勒测量估计值计算伪距率估计值根据伪距率估计值/>和伪距率之差计算得到观测残差/>根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性约束，对n次观测结果构建观测残差向量B：
其中，单星多普勒定位的基本观测方程为：
其中，k表示卫星过境期间的间隔观测历元序号，ffrq是播发信号频点值，c为光速；表示伪距率，/>表示测站接收机时钟频偏变化率，εk为组合测量误差设定为固定值；
步骤S34、采用最小二乘法，以目标估计位置为迭代初值，求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到测站位置改正量和测站接收机时钟频偏变化率改正量：
步骤S35、获取的解为残差解。
步骤S36、判别步骤S35得到的当前残差解与上一组残差解相比是否收敛到设定精度，若判断结果为是，则执行步骤S37；若判断结果为否则利用牛顿下山法将当前残差解乘以系数0.5，即再执行步骤S37；
步骤S37、根据步骤S36的残差解结果更新地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率，得到更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率
步骤S38、计算得到的地面终端向量的变化值是否小于设定门限值；门限值的设定根据牛顿最小二乘迭代收敛接近0时的残差精度程度而设定；
若计算结果为地面终端向量的变化值不小于设定门限值，且当前迭代次数未超出设定迭代次数，则将步骤S37中得到的更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率作为初始输入值，重复步骤S31-S38，若当前迭代次数超出设定迭代次数，则执行步骤S39；
若计算结果为地面终端向量的变化值小于设定门限值，则得到最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率，执行步骤S39；
步骤S39、将得到的最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率更新单星多普勒定位的基本观测方程，得到低轨卫星单星定位结果。
实施例2
如图2所示，本发明还提供一种通导一体低轨卫星单星定位系统，应用实施例1中的方法，包括天线射频模块、基带处理模块、解调数据处理模块、网格搜索模块、方程解算模块和卫星定位模块，其中
所述天线射频模块用于接收过境卫星播发的包含卫星星历、时间等信息的过境卫星各频点通导一体调制信号和同卫星载荷播发的独立导航信号；
所述基带处理模块用于对天线射频模块接收的信号进行捕获、跟踪、同步、解调、译码处理，得到过境卫星到待定位地面终端的测量数据和导航电文数据；
解调数据处理模块根据所述测量数据和导航电文数据计算不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度、相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在待定位地面终端获取的高精度多普勒测量值；同时根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，计算不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
所述网格搜索模块用于根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值，在地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端实际位置一定范围内的目标估计位置；
方程解算模块用于以目标估计位置为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，在迭代过程中采用牛顿下山法进行递归，得到低轨卫星单星定位结果；
卫星定位模块用于根据低轨卫星单星定位结果对通道一体的低轨卫星进行单星定位。
其中，牛顿下山法为对单次迭代结果乘以系数0.5后再进行下一次迭代，具体过程与实施例1中的一致，在此不再累述。
具体实施过程中，按上述方法或系统的过程，首先利用网格搜索方式：搜索覆盖区域经纬度±5°(参照实际经度1°约111km、纬度111*cosθkm)，在仿真软件设定卫星轨道1100km过境，选取示例偏离实际位置经度2.1°、纬度2°作为区域搜索中心点，不同搜索粒度下相关统计结果如表1所示：
接着利用最小二乘算法进行迭代解算卫星定位结果：设定初值点坐标误差40km，卫星轨道高度1100Km，轨道误差10m，卫星速度误差0.1m/s，最小二乘计算选取观测间隔30s，地面终端多普勒测量误差分别取0.1Hz、0.5Hz、1Hz，过境仿真定位效果如图3所示，在不同多普勒测量误差情况下均能解算出定位结果。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、在同一接收终端同基准时钟下，获取过境卫星的卫星星历和过境卫星播发的各频点导航信号，根据卫星星历对各频点导航信号推算，得到不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度；
步骤S2、根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，选定待定位地面终端搜索覆盖范围内的已知坐标点为中心，设定高程常数值，在待定位地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端一定范围内的目标估计位置；
步骤S3、初始化钟差，将目标估计位置作为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到残差解；
步骤S4、根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势，若判断结果为否，则采用牛顿下山法进行递归，更新残差解，根据更新的残差解更新单星多普勒定位的基本观测方程；最终得到低轨卫星单星定位结果。
2.根据权利要求1所述的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，步骤S2的具体过程为：
步骤S21、将搜索覆盖范围内的水平经纬度区域划分为MxM的均匀网格，对于每一个网格中心的经纬度，设定高程常数值，转换得到待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置；
步骤S22、当地面终端处于静止状态，结合播发信号的标称频率，结合卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度和待定位地面终端在地心固定坐标系下对应的三维位置，计算所述不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
步骤S23、获取相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在地面终端获取的高精度多普勒测量值；设定网格搜索粒度大小，遍历所有网格点，根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值分别解算每一个网格点的叠加代价函数，找到最大叠加代价函数所在网格；
步骤S24、以最大叠加代价函数所在网格对应的搜索坐标为中心，重新设定高程常数值并将水平经纬度范围内的区域以更细的网格搜索粒度进行划分；
步骤S25、重复步骤S22-S24，直到网格搜索粒度大小满足最小二乘迭代算法可收敛时，最终得到接近实际位置的一定范围内的目标估计位置。
3.根据权利要求2所述的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，所述找到最大叠加代价函数所在网格的具体过程为：
结合不同时刻下卫星轨道上任意点对应在地面包括地面终端位置在内所产生的等价多普勒径向值形成的几何圆，计算每个网格搜索中心点的叠加代价函数，利用两圆交汇两个点，三圆确定目标点，当三圆交汇时得到最大叠加代价函数值，叠加代价函数的计算方法：
其中，ffrq是播发信号频点值，c是光速，表示多普勒测量估计值，/>表示高精度多普勒测量值，/>是卫星坐标，rb为终端位置坐标，/>是卫星在k时刻的x分量速度，/>是卫星在k时刻的x分量位置，rbx是地面终端x分量位置，相同的，/>rbx对应的y、z分量。
4.根据权利要求1所述的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，步骤S3的具体过程为：
步骤S31、根据卫星星历和本地时间，计算多个历元下卫星位置向量、地面终端向量和卫星速度向量在某一历元k下在x，y，z方向上的偏导数
rb＝[rbx，rby，rbz]T
其中，表示卫星速度向量，/>为卫星位置向量，rb表示地面终端向量；
步骤S32、构建多历元观测矩阵，按照步骤S31得到观测矩阵G的第k行向量Gk的方式，根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性的约束，对n次观测结果构建多历元观测矩阵：
G＝[G1,G2,...,Gn]T；
步骤S33、根据多普勒测量估计值计算伪距率估计值根据伪距率估计值/>和伪距率之差计算得到观测残差/>根据卫星过境期间卫星可视时间、观测间隔和单星多普勒定位的基本观测方程可收敛性约束，对n次观测结果构建观测残差向量B：
其中，单星多普勒定位的基本观测方程为：
其中，k表示卫星过境期间的间隔观测历元序号，ffrq是播发信号频点值，c为光速；表示伪距率，/>表示测站接收机时钟频偏变化率，εk为组合测量误差设定为固定值；
步骤S34、采用最小二乘法，以目标估计位置为迭代初值，求解单星多普勒定位的基本观测方程，得到测站位置改正量和测站接收机时钟频偏变化率改正量：
步骤S35、获取的解为残差解。
5.根据权利要求4所述的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，根据残差解判断牛顿最小二乘迭代是否呈收敛趋势的具体过程为：
步骤S41、判别步骤S35得到的当前残差解与上一组残差解相比是否收敛到设定精度，若判断结果为是，则执行步骤S42；若判断结果为否则利用牛顿下山法将当前残差解乘以系数0.5，即再执行步骤S42；
步骤S42、根据步骤S41的残差解结果更新地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率，得到更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率
r′b＝[rbx+Δrbx,rby+Δrby,rbz+Δrbz]T，
步骤S43、计算得到的地面终端向量的变化值是否小于设定门限值；
步骤S44、若计算结果为地面终端向量的变化值不小于设定门限值，且当前迭代次数未超出设定迭代次数，则将步骤S42中得到的更新后的地面终端向量r′b和测站接收机时钟频偏变化率作为初始输入值，重复步骤S31-S35和步骤S41-S43，若当前迭代次数超出设定迭代次数，则执行步骤S46；
步骤S45、若计算结果为地面终端向量的变化值小于设定门限值，则得到最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率；
步骤S46、将得到的最终的地面终端向量和测站接收机时钟频偏变化率更新单星多普勒定位的基本观测方程，得到低轨卫星单星定位结果。
6.根据权利要求5所述的一种通导一体低轨卫星单星定位方法，其特征在于，步骤S43中的门限值的设定根据牛顿最小二乘迭代收敛接近0时的残差精度程度而设定。
7.一种通导一体低轨卫星单星定位系统，其特征在于，包括天线射频模块、基带处理模块、解调数据处理模块、网格搜索模块、方程解算模块和卫星定位模块，其中
所述天线射频模块用于接收过境卫星播发的包含卫星星历和时间信息的过境卫星各频点通导一体调制信号和同卫星载荷播发的独立导航信号；
所述基带处理模块用于对天线射频模块接收的信号进行捕获、跟踪、同步、解调、译码处理，得到过境卫星到待定位地面终端的测量数据和导航电文数据；
解调数据处理模块根据所述测量数据和导航电文数据计算不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置、对应时刻下的速度、相同时刻下同卫星载荷播发的独立导航信号在待定位地面终端获取的高精度多普勒测量值；同时根据不同时刻的卫星轨道地心固定坐标系位置和对应时刻下的速度，计算不同时刻下网格搜索中心点的多普勒测量估计值；
所述网格搜索模块用于根据多普勒测量估计值和高精度多普勒测量值，在地面终端搜索覆盖范围内的水平经纬度区域中进行大区域网格搜索，得到接近待定位地面终端实际位置一定范围内的目标估计位置；
方程解算模块用于以目标估计位置为迭代初值，利用牛顿最小二乘迭代算法求解单星多普勒定位的基本观测方程，在迭代过程中采用牛顿下山法进行递归，得到低轨卫星单星定位结果；
卫星定位模块用于根据低轨卫星单星定位结果对通道一体的低轨卫星进行单星定位。
8.根据权利要求7所述的一种通导一体低轨卫星单星定位系统，其特征在于，所述牛顿下山法为对单次迭代结果乘以系数0.5后再进行下一次迭代。
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