卫星导航定位系统主控站数据处理相关问题研究

论文摘要

在卫星导航定位系统中,导航卫星向用户发播的导航信息包括测距码和数据码,数据码包括卫星广播星历参数、卫星钟差参数和电离层延迟改正参数等,这些参数是由主控站经数据处理后注入到导航卫星的,它们对用户的导航定位精度起着至关重要的作用。因此,本文对导航定位系统中与主控站相关的一些数据处理问题进行了研究。在距离观测量的数据处理中,针对目前广泛使用的Hatch滤波平滑伪距方法,本文进行了仿真分析,并与其它伪距平滑方法做了比较。载波相位周跳检测与修复是实现高精度定位的难点之一,本文首先介绍了几种周跳检测算法,并对其优劣进行了讨论。同时对采用三阶多项式模型的卡尔曼滤波周跳检测算法进行了改进。另外,本文根据小波变换具有空间局部性好的特点,利用小波变换把载波相位观测量分解为高频和低频分量并结合Kalman滤波算法,对基于小波与Kalman滤波的周跳检测算法进行了改进。并根据实测数据对两种改进后的算法进行了仿真分析。电离层延迟直接影响到用户导航和定位精度,本文介绍了三种具有代表性的电离层延迟模型。为了提高单频用户的定位精度,本文对Klobuchar模型进行了改进,使其由8参数模型增加为15参数模型,并对改进后模型的预报精度进行了仿真分析。同时本文基于实测数据对球谐函数模型和网格模型进行了仿真对比分析。星地时间同步是保障导航卫星时间基准以及定位精度的关键问题。本文基于钟差频率模型引入最小二乘法对钟差参数进行拟合;引入Kalman滤波对钟差参数进行估计、预报。通过仿真分析对两种方法做了比较。本文基于卫星的运动方程、动力学参数,推导出卫星的观测方程和状态方程。并基于观测方程和状态方程,引入广义Kalman滤波方法进行定轨研究。同时,介绍了用最小二乘法批处理确定卫星轨道。最后对广义Kalman滤波定轨方法进行了仿真验证分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 卫星导航定位系统简介
• 1.3 卫星导航系统主控站数据处理国内外研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 距离观测量的数据处理
• 2.1 相位平滑伪距及电离层延迟计算
• 2.1.1 非发散的Hatch 滤波及加权的Hatch 滤波方法
• 2.1.2 相位平滑伪距差分
• 2.1.3 载频多普勒计数平滑伪距
• 2.1.4 仿真计算与结果分析
• 2.2 周跳的探测及修复
• 2.2.1 利用电离层延迟率检测、修复相位周跳
• 2.2.2 用双频P 码伪距观测值来探测、修复周跳
• 2.2.3 基于卡尔曼滤波的周跳检测与修复改进算法
• 2.2.4 基于小波与卡尔曼滤波的周跳检测与修复改进算法
• 2.3 利用双频P 码/载波组合确定模糊度
• 2.4 本章小结
• 第三章 电离层模型研究
• 3.1 电离层延迟模型改进研究
• 3.1.1 Klobuchar 模型
• 3.1.2 改进Klobuchar 模型
• 3.1.3 改进Klobuchar 模型参数的计算
• 3.1.4 拟合结果
• 3.2 用球谐函数拟合电离层的电子含量
• 3.2.1 原理介绍
• 3.2.2 用ARMA（p,q）模型间接预报电离层的电子浓度
• 3.2.3 用ARMA（p,q）模型直接预报电离层的电子浓度
• 3.3 电离层网格校正
• 3.3.1 穿透点坐标及垂直电离层延迟计算
• 3.3.2 网格结点坐标及垂直电离层延迟计算
• 3.4 网格点电离层垂直延迟改正误差GIVE 的计算
• 3.5 仿真计算与结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 钟差参数的拟合与预报
• 4.1 最小二乘法拟合钟差参数
• 4.2 基于卡尔曼滤波器的钟差参数的估计与预报
• 4.3 仿真计算与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 精确确定导航卫星轨道
• 5.1 导航卫星轨道确定
• 5.1.1 卫星运动方程
• 5.1.2 批处理确定卫星轨道
• 5.1.3 广义Kalman 滤波定轨
• 5.2 仿真计算与结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及未来工作的设想
• 6.1 结论
• 6.2 未来工作的设想
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文