本发明属于卫星定位，具体涉及一种基于低轨卫星的多普勒频移定位方法、装置、设备及介质。
背景技术：
1、低轨卫星通信系统为不连续信号，基于其特殊的信号发送方式，传统gnss需要观测量连续的伪距来定位的方法不再适用。低轨卫星相对地面运动速度快, 多普勒频移大,具有良好的多普勒观测性, 基于多普勒特性的定位技术非常适合低轨卫星定位系统，因此低轨卫星系统使用多普勒定位方式。
2、在对地面终端基于多普勒频率的定位方式中，通常利用最小二乘算法解算位置，这需要考虑迭代计算的初值问题。由于低轨卫星一般分布在500~2000km之间的轨道上，轨道高度较低，相对于地球半径所占误差比例较高，因此一般需要获得一定精度的初始坐标才能进行最小二乘迭代获得解算结果。而无法像gnss定位一样，即使初始值设为地球球心也可迅速迭代收敛获得解算结果。多普勒定位如果仍将地心作为迭代初值，由于低轨卫星轨道高度远小于地球半径，线性化结果误差较大，会导致以地心位置为初始值的迭代无法收敛，由此可见初值选择的重要性。
3、目前定位初始值的确定方法主要采用的是大区域网格搜索方法，需要搜索百万平方公里量级范围，运算数据量大，初值误差大收敛速度慢。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于低轨卫星的多普勒频移定位方法、装置、设备及介质，通过缩小初值的搜索范围，减少搜索次数，从而加快迭代收敛速度，进而加快定位速度。
2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，包括：
4、确定用户可见的多个低轨卫星，接收各低轨卫星星历数据；
5、基于接收的卫星星历数据计算每个低轨卫星的位置；
6、针对每个低轨卫星，根据其位置计算星下点，并以其星下点为中心确定其可视范围；
7、取多个低轨卫星可视范围的交集，并在交集范围内均匀取点作为定位待选初值点；
8、将每个待选初值点分别作为多普勒频移观测方程采用最小二乘法解算用户位置时进行迭代计算的初值，记录定位残差大小；
9、遍历获取所有待选初值点的定位残差最小值，判断残差最小值是否小于残差门限，小于即收敛成功，取残差最小值对应的用户位置作为用户的定位结果。
10、进一步的，计算每个低轨卫星的位置具体为：
11、
12、式中，表示k历元时卫星在地心地固直角坐标系中的三维坐标，为待计算位置；、、分别表示k历元时卫星在轨道平面内的坐标、卫星的升交点经度、卫星修正后的轨道倾角，、、均由卫星星历数据得到。
13、进一步的，根据卫星位置计算星下点具体为：
14、将计算得到低轨卫星位置，即在地心地固直角坐标系下的三维坐标，转换为大地坐标系下的坐标：
15、
16、其中，分别为纬度、经度和高程，为点的卯酉圈半径、为地球椭球体的第一离心率、为大地维度；
17、取高程，得到卫星的星下点坐标。
18、进一步的，以卫星星下点为中心确定卫星可视范围，具体为：
19、根据低轨卫星大地坐标系下的坐标确定其高程；
20、根据卫星高程计算卫星的可视半角：
21、
22、式中，r为地球半径，为截止高度角；
23、根据可视半角计算弦长r，并以r作为划分可视范围矩形的内切圆半径；
24、
25、以星下点为中心点，分别沿经纬度方向确定可视范围矩形的长度：
26、，
27、式中，为可视范围矩形沿经度方向的长度，为可视范围矩形沿纬度方向的长度。
28、进一步的，在交集范围内均匀取点的方法为：
29、基于每个低轨卫星的可视范围均为沿经纬度方向的矩形，得到多个低轨卫星可视范围的交集也为矩形，记为交集范围矩形；
30、将所述交集范围矩形，以其中心为原点向四周，依次划分为若干个相同预设尺寸的矩形网格，直到所述交集范围矩形均被划分到某个网格；
31、将每个网格的某个预设角点，作为定位待选初值点。
32、进一步的，所述多普勒频移观测方法具体为：
33、
34、式中，为多普勒频移的观测值；为待求未知数，包括用户位置和用户接收机钟偏；为频率测量误差；为卫星发射信号频率；为卫星运动速度；为卫星位置。
35、一种基于低轨卫星的多普勒频移定位方法装置，包括：
36、数据接收模块，用于：接收多个可见低轨卫星的星历数据；
37、卫星位置计算模块，用于：基于各卫星的星历数据分别对应计算卫星位置；
38、卫星可视范围确定模块，用于：针对每个低轨卫星，根据其位置计算星下点，并以其星下点为中心确定其可视范围；
39、待选初值点选取模块，用于：取多个低轨卫星可视范围的交集，并在交集范围内均匀取点作为定位待选初值点；
40、定位计算模块，用于：将每个待选初值点分别作为多普勒频移观测方程采用最小二乘法解算用户位置时进行迭代计算的初值，并记录定位残差大小；
41、定位结果确定模块，用于：遍历获取所有待选初值点的定位残差最小值，判断残差最小值是否小于残差门限，小于即收敛成功，取残差最小值对应的用户位置作为用户的定位结果。
42、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现上述任一项所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法。
43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法。
44、有益效果
45、本发明通过单颗卫星的星下点确定其可视范围，然后取多颗卫星可视范围的交集作为定位待选初值区域，再在该区域内取点并比较残差以确定多普勒定位的初值点，相比于传统方式大幅度缩小初值的搜索范围，减少搜索次数，从而加快迭代收敛速度，进而加快定位速度。
46、经实验显示使用同组数据，同等搜索间距，大区域搜索次数为56次，而本方法搜索次数为12次，搜索次数减少78%，加速效果显著。
1.一种基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，计算每个低轨卫星的位置具体为：
3.根据权利要求1所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，根据卫星位置计算星下点具体为：
4.根据权利要求3所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，以卫星星下点为中心确定卫星可视范围，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，在交集范围内均匀取点的方法为：
6.根据权利要求1所述的基于低轨卫星的多普勒频移定位方法，其特征在于，所述多普勒频移观测方法具体为：
7.一种基于低轨卫星的多普勒频移定位装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
