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GPS/BD-2组合定位技术研究

作　者: 李墩泰
导　师: 赵琳
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: GPS 北斗系统兼容性和互操作性组合数学模型定位性能 RAIM算法
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前，世界上存在四大全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)：GPS系统、GLONASS系统，北斗卫星导航系统和Galileo系统。虽然目前GPS卫星导航系统技术已比较成熟，但是在一些领域仍存在很多问题。因此，为了满足更高的导航定位精度及性能，将多个导航系统组合起来使用，这样将大大增加导航定位的观测量，提高导航定位服务的质量，并且可以提高整个组合系统的定位性能，扩展卫星导航的应用领域。近些年来随着各个卫星导航系统的快速发展，两种或多种卫星导航系统的组合使用已经成为卫星导航领域的一个主要研究方向。因此，本文提出了将GPS系统和BD-2系统的观测量进行融合使用来提升导航系统性能的思想，重点研究了GPS/BD-2组合定位技术的以下几个方面：首先，分析了GPS和BD-2系统间的兼容性和互操作性，从理论上说明了两系统兼容共用的必要性，然后对两系统的公开信号进行了兼容性仿真分析，给出了GPS系统和BD-2两系统信号的频谱重叠程度以及相互干扰的结果，证明了GPS系统和BD-2系统在信号频段的不重叠部分兼容，重叠部分可进行互操作；在时间系统和坐标系统方面分析了GPS系统和BD-2系统的差异，提出了进行互操作所采用的方法。其次，对GPS/BD-2组合系统的观测量和测量误差的数学模型进行了推导，并给出了抑制测量误差的方法；在传统的最小二乘定位算法的基础上，提出了GPS/BD-2组合系统的加权最小二乘定位算法，对定位结果权值矩阵的确定给出了三种方法：卫星高度角法、载噪比法和验后估计法。再次，引入STK仿真软件对BD-2系统进行了建模，仿真分析了BD-2系统的区域增强性对于用户影响的程度；并用Matlab仿真了GPS/BD-2组合系统相对于单个系统在卫星几何分布、可用性和连续性方面对于全球用户定位性能提升的程度。根据仿真结果表明组合系统在这三个性能指标上均优于其中任何一个导航系统，而北斗系统在这三个性能指标上要优于GPS系统。最后，在传统RAIM算法的基础上，提出了GPS/BD-2组合系统的RAIM算法；研究了判定组合系统RAIM算法可用性的方法，并用Matlab对单个系统和组合系统的RAIM算法的可用性进行了仿真，给出了组合系统相对于单个系统在RAIM算法可用性方面增强的程度。根据结果表明，组合系统的RAIM算法的可用性更强，而北斗系统的RAIM算法可用性要比GPS系统强。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题研究的背景  10-12
  1.2 课题研究的目的和意义  12-13
  1.3 研究现状分析  13-19
    1.3.1 GPS 系统  13-16
    1.3.2 BD-2 系统  16-19
  1.4 课题研究的主要研究内容  19-21
第2章 GPS/BD-2 系统间的兼容性和互操作性分析  21-39
  2.1 GPS 和 BD-2 系统的星座和信号  21-25
    2.1.1 GPS 和 BD-2 系统的星座  21-23
    2.1.2 GPS 和 BD-2 系统的信号  23-25
  2.2 GPS 和 BD-2 系统间的异同点  25-26
  2.3 GPS 和 BD-2 系统间的兼容性分析  26-33
    2.3.1 兼容性评价参数  26-27
    2.3.2 信号体制概况  27-29
    2.3.3 兼容性仿真流程  29-31
    2.3.4 兼容性仿真结果  31-33
  2.4 GPS 和 BD-2 系统间的互操作性分析  33-37
    2.4.1 坐标系统的互操作  34-36
    2.4.2 时间系统的互操作  36-37
  2.5 GPS 和 BD-2 双模接收机的工作原理  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第3章 GPS/BD-2 组合系统的数学模型和定位算法研究  39-54
  3.1 GPS/BD-2 组合系统的观测量  39-41
    3.1.1 码伪距观测量  39-40
    3.1.2 载波相位观测量  40-41
  3.2 GPS/BD-2 组合系统的观测误差源  41-46
    3.2.1 与卫星有关的误差  43-44
    3.2.2 与信号传播过程有关的误差  44-46
    3.2.3 与接收机有关的误差  46
  3.3 GPS/BD-2 组合系统的定位算法  46-53
    3.3.1 双模信息融合方式  46-47
    3.3.2 GPS/BD-2 组合系统的数学模型  47-48
    3.3.3 GPS/BD-2 组合系统的定位算法  48-49
    3.3.4 GPS/BD-2 双模多星权重的确定  49-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章 GPS/BD-2 组合系统的定位性能分析  54-63
  4.1 定位性能参数  54-55
  4.2 基于 STK 的 BD-2 系统模型  55-56
    4.2.1 STK 的主要功能  55
    4.2.2 BD-2 星座的仿真  55-56
  4.3 BD-2 系统的区域增强性分析  56-60
    4.3.1 BD-2 系统仿真参数的设置  57
    4.3.2 仿真结果分析  57-60
  4.4 GPS/BD-2 组合系统的定位性能分析  60-62
    4.4.1 仿真参数的设置  60
    4.4.2 仿真结果分析  60-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章 GPS/BD-2 组合系统的 RAIM 算法研究  63-74
  5.1 GNSS 系统的完好性监测  63-66
    5.1.1 GNSS 导航性能要求  63-64
    5.1.2 RAIM 算法的基本原理  64-66
  5.2 GPS/BD-2 组合系统的 RAIM 算法  66-68
    5.2.1 卫星故障的检测  66-67
    5.2.2 卫星故障的识别  67-68
  5.3 组合系统 RAIM 算法的可用性分析  68-73
    5.3.1 误差保护等级法  69
    5.3.2 最大水平精度因子法  69-70
    5.3.3 近似径向误差保护法  70
    5.3.4 RAIM 算法可用性的仿真结果分析  70-73
  5.4 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  79-80
致谢  80

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