全球导航卫星系统GNSS观测数据仿真

论文摘要

由于空间定位技术的不断发展,空间定位系统必将出现多元化。目前,GPS与GLONASS的组合系统已经投入市场,而GALILEO系统目前处于轨道验证阶段,但是缺少实际观测数据,对GALILEO系统的很多研究和观点缺乏实际数据支持。所以对GALILEO系统轨道数据和观测数据进行研究和仿真具有重要意义。本文首先以GPS定位系统为例,利用VC++6.0编程实现了卫星观测数据仿真软件,利用该软件实现了GPS观测数据的仿真,并进行了定位和基线解算试验,结果表明仿真所用各种模型正确。在此基础上,编制了GALILEO系统仿真模块,最终完成GALILEO系统轨道数据和观测数据的仿真。文章的主要内容包括有如下方面:a.简单介绍了全球卫星导航定位系统的产生和发展。阐述了本课题背景、研究意义及其在国内外的研究现状和本文研究的主要内容。b.阐述了卫星运行及轨道仿真的基本原理,研究了卫星坐标计算和在不同坐标系下的转换,并编制了程序模块实现了GALILEO系统的轨道仿真。c.对观测数据的生成原理、过程及信号传播过程中受到各种误差的原理及建模进行了研究,编制了仿真软件并实现了GPS和GALILEO系统观测数据的仿真（RINEX 2.0版本）。该仿真软件操作简单,仿真所需参数由用户进行选择,如采样间隔,接收机类型,仿真时长,测站坐标的类型（大地坐标或空间直角坐标）以及高度角的设置,是否考虑随机误差及周跳等。d.利用现有的GPS精密星历数据作为GPS轨道已知数据,对仿真软件进行了定位和基线解算试验,结果表明GPS仿真数据与实测数据相差较小,定位和基线计算结果较好,说明仿真软件中各数学模型均正确。e.利用仿真软件生成GALILEO系统精密星历,并进一步利用生成的GALILEO系统轨道坐标进行仿真,生成GALILEO系统观测数据。f.最终生成RINEX 3.0仿真观测数据文件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 卫星导航定位系统概述
• 1.1.1 GNSS 的产生
• 1.1.2 GNSS 的发展现状
• 1.2 GNSS 系统仿真研究意义及国内外现状
• 1.2.1 GPS 系统仿真的国内外现状
• 1.2.2 GALILEO 系统仿真的国内外现状
• 1.2.3 GNSS 系统仿真研究意义
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 时间系统和坐标系统
• 2.1 时间系统
• 2.2 坐标系统
• 2.3 坐标系的转换
• 3 GPS 卫星瞬时位置求解
• 3.1 根据卫星运动方程计算卫星瞬时位置
• 3.2 根据广播星历计算卫星瞬时位置
• 3.3 根据精密星历计算卫星瞬时位置
• 4 GALILEO 卫星瞬时位置求解
• 4.1 开普勒定律
• 4.1.1 开普勒第一定律
• 4.1.2 开普勒第二定律
• 4.1.3 开普勒第三定律
• 4.2 无摄卫星运动的轨道参数
• 4.3 真近地点角的概念及求解
• 4.4 卫星瞬时位置的求解
• 5 主要误差源及其改正模型
• 5.1 与信号传播有关的误差
• 5.1.1 电离层折射
• 5.1.2 对流层折射
• 5.2 与卫星有关的误差模型
• 5.2.1 卫星钟差模型
• 5.2.2 卫星轨道误差模型
• 5.3 与接收机有关的误差
• 5.3.1 观测误差模型
• 5.3.2 接收机钟差模型
• 5.4 相对论效应引起的误差模型
• 5.5 地球自转引起的误差模型
• 6 GPS 观测数据仿真及检验
• 6.1 GPS 观测数据文件 RINEX 标准格式介绍
• 6.1.1 RINEX 2.0 版本
• 6.1.2 RINEX 3.0 版本
• 6.2 GPS 观测数据仿真原理
• 6.2.1 GPS 测码伪距观测值仿真
• 6.2.2 GPS 相位伪距观测值仿真
• 6.3 仿真软件主要模块构成
• 6.4 误差仿真的实现
• 6.5 GPS 观测数据仿真实例分析
• 6.6 GPS 观测值仿真数据定位试验
• 6.7 GPS 观测值仿真数据基线解算试验
• 6.8 多系统 RINEX 3.0 版本数据
• 7 结论与展望
• 7.1 本文主要工作内容
• 7.2 下一步工作及改进
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献