GPS、GLONA SS卫星坐标计算和导航应用研究

论文摘要

为研究在使用载波相位方法的情况下,GPS广播星历误差对用户速度/加速度解算精度的影响,比较采用广播星历算得的结果与采用精密星历算得的结果,得速度差的绝对值在X、Y、Z方向分别约为5.5mm/s、3.5 mm/s、9.5mm/s,加速度差的绝对值在X、Y、Z方向分别约为5mm/s2、3mm/s2、9mm/s2。故采用广播星历,可满足实时导航的需要。假设日月摄动加速度在积分时段内按线性规律变化,为研究基于该假设的GLONASS坐标的事后解算的精度,向前向后轨道积分15分钟,得到积分时段末（同一时刻）卫星成对的坐标,再将这些成对的坐标求差,这些坐标差的方差在X、Y、Z三个方向分别为:0.391265（m）2、0.517273（m）2、0.5622（m）2,较常规做法得到的坐标差的方差在X、Y、Z方向分别小0.04652（m）2,0.00173（m）2,0.01861（m）2。假设日月摄动加速度在积分时段内按线性规律变化,并将GLONASS广播星历中日月引力摄动加速度的时间序列中隐含的周期信息加以利用,实时解算GLONASS坐标。为验证该做法的精度,向前向后轨道积分15分钟,得到积分时段末（同一时刻）卫星成对的坐标,再将这些成对的坐标求差,这些坐标差的方差在X、Y、Z三个方向分别为0.417856（m）2、0.518996（m）2、0.578445（m）2,较常规做法得到的坐标差的方差在X、Y、Z方向分别小0.01993（m）2,9e-6（m）2,0.00237（m）2。另外本文还从精度和效率两方面研究了使用MATLAB的内置函数ODE45计算GLONASS卫星坐标的可行性;利用自相关函数检测了GLONASS广播星历中摄动加速度的时间序列中周期信息的存在,对改进GLONASS广播星历计算卫星坐标的模型研究具有理论和实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 全球导航卫星系统简介
• 1.2 导航卫星广播星历
• 1.3 GLONASS系统和GPS系统的比较
• 1.4 GPS+GLONASS系统对纯GPS系统的改进
• 1.4.1 安全性的提高
• 1.4.2 精度的提高
• 1.4.3 可靠性的提高
• 1.4.4 生产效率的提高
• 1.5 GPS/GLONASS组合测量误差简介
• 1.6 GPS/GLONASS卫星坐标计算
• 1.6.1 GPS卫星坐标计算
• 1.6.2 GLONASS卫星坐标计算
• 1.7 主要研究内容和意义
• 第2章 GPS导航数据处理
• 2.1 卫星坐标的计算
• 2.1.1 利用广播星历计算卫星的坐标
• 2.1.2 利用精星历计算卫星的坐标
• 2.2 计算卫星的速度与加速度
• 2.3 计算用户与卫星间的距离,用户相对于卫星的速度及加速度
• 2.4 计算用户的坐标、速度与加速度
• 2.4.1 计算用户的坐标
• 2.4.2 计算用户的速度
• 2.4.3 计算用户的加速度
• 2.5 计算实例及分析
• 第3章 GLONASS卫星坐标的计算
• 3.1 GLONASS数据处理
• 3.2 GLONASS卫星位置计算
• 3.2.1 二阶级数法
• 3.2.2 数值积分法
• 3.3 GLONASS的相位数据的处理
• 第4章 GLONASS卫星坐标计算的实例及结果分析
• 4.1 使用MATLAB的内置函数ODE45计算GLONASS星历的方法
• 4.1.1 有关MATLAB软件中ODE45函数的简单介绍
• 4.1.2 使用函数ODE45计算GLONASS星历的方法
• 4.1.3 使用函数ODE45计算GLONASS星历的实例
• 4.1.4 使用函数ODE45计算GLONASS星历的效率分析
• 4.2 GLONASS广播星历参数对预报轨道的精度损失
• 4.3 GLONASS广播星历计算模型的改进
• 4.4 GLONASS广播星历中摄动加速度的隐含周期性的检测
• 4.4.1 相关函数用于信号中隐含周期性的检测
• 4.4.2 相关函数用于噪声中信号的检测
• 4.4.3 用相关函数检测GLONASS广播星历中摄动加速度的隐含周期性
• 4.5 利用改进的GLONASS广播星历计算模型实时计算卫星坐标
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步工作的方向
• 参考文献
• 附录A GPS卫星广播星历一个实例的图解
• 附录B GLONASS卫星广播星历一个实例的图解
• 附录C 经典的四阶龙格-库塔公式
• 攻读学位期间的研究成果