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GPS观测数据的模拟及误差分析

作　者: 沈兵
导　师: 熊永良
学　校: 西南交通大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 模拟 GPS 导航文件精密星历观测数据
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 333次
引　用: 2次
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内容摘要

由于GPS定位技术的广泛使用,对于其接收到的观测文件的研究也越来越多。本文结合计算机技术,以GPS定位系统的基本原理为基础,利用C#.NET编程实现了静态观测数据的模拟,能有效地生成观测值文件。文章的主要内容包括如下几个方面:(1).分析了卫星定位的基本原理,研究了GPS卫星信号在传播过程中所受到的各种误差影响,并对误差的各种数学模型做了分析,编制了相应的程序模块。(2).对卫星的坐标计算进行了详细的分析,对导航文件计算卫星坐标的步骤给出了详细的介绍;并且用拉格朗日多项式对精密星历插值,得到15秒间隔的卫星坐标,对两种方法的计算结果做了比较,两个计算结果相差较小,验证了结果的正确性。(3).对模拟观测文件中所要用到的坐标系统、时间系统以及坐标的转换,RINEX文件的类型、格式,文件中的观测值类型,都做了较详细的介绍。(4).分析研究了模拟观测数据文件程序的结构、功能,编制了读导航文件、读精密星历文件和生成文件模块,利用C#.NET技术实现了程序的运行,并生成了多个观测值文件。(5).根据测站之间设定的距离和测站名,选择读取导航文件或者精密星历,生成相应的观测值文件,用LGO和TGO软件对模拟出的观测值文件进行检验和基线解算,详细分析了不同基线的计算结果及其误差。对数据模拟中还要解决的问题做了简单的分析,对数据模拟的发展方向进行了阐述。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 卫星导航系统的发展  11-13
  1.2 观测数据仿真的意义以及国内外的现状  13-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-16
第二章卫星运动原理及GPS观测文件  16-34
  2.1 卫星轨道计算  16-18
    2.1.1 轨道基本参数  16-18
  2.2 计算卫星轨道位置坐标的原理  18-24
    2.2.1 星历参数介绍  18-19
    2.2.2 卫星位置计算步骤  19-24
  2.3 R1NEX文件格式  24-25
    2.3.1 文件的命名规则  24
    2.3.2 广播星历文件  24-25
    2.3.3 观测文件  25
    2.3.4 气象文件  25
  2.4 GPS卫星参考系  25-28
    2.4.1 WGS-84坐标系  26
    2.4.2 站心坐标系  26-28
  2.5 GPS观测量及其组合  28-30
    2.5.1 GPS基本观测量  28
    2.5.2 码相位伪距测量  28-29
    2.5.3 载波相位观测值  29-30
  2.6 时间参考系统  30-34
    2.6.1 世界时系统  30-31
    2.6.2 原子时系统  31-32
    2.6.3 动力学时系统  32
    2.6.4 协调世界时  32-33
    2.6.5 GPS时间系统  33-34
第三章 GPS观测模拟的误差模型  34-52
  3.1 前言  34
  3.2 与卫星有关的误差  34-36
    3.2.1 卫星钟差  34-35
    3.2.2 卫星轨道偏差  35-36
  3.3 与信号传播有关的误差  36-49
    3.3.1 电离层折射误差  36-39
    3.3.2 GPS接收机的电离层误差改正  39-41
    3.3.3 Klobuchar模型  41-43
    3.3.4 对流层误差  43-49
  3.4 与接收设备有关的误差  49-50
    3.4.1 观测误差  49
    3.4.2 接收机的钟差  49
    3.4.3 载波相位观测的整周未知数以及周跳  49-50
    3.4.4 天线的相位中心位置偏差  50
  3.5 其他误差来源  50-52
    3.5.1 地球自转的影响  50
    3.5.2 相对论的影响  50-52
第四章 GPS静态观测数据的模拟  52-73
  4.1 概述  52
  4.2 模拟软件的介绍  52-54
    4.2.1 软件的整体框架设计  52-53
    4.2.2 软件界面以及功能介绍  53-54
  4.3 导航文件模拟GPS观测文件  54-60
    4.3.1 卫星坐标检验  54-55
    4.3.2 卫星高度角的计算结果检验  55-56
    4.3.3 广播星历模拟观测文件的检验  56-60
  4.4 精密星历模拟GPS观测文件  60-66
    4.4.1 拉格朗日多项式插值方法  60-61
    4.4.2 精密星历插值结果与导航文件比较  61-63
    4.4.3 精密星历模拟观测文件的检验  63-66
  4.5 误差分析及LGO对模拟数据的检验  66-73
    4.5.1 各种误差的图形分析  66-69
    4.5.2 计算结果以及分析  69-73
第五章结论和展望  73-76
  5.1 本文主要工作内容  73-74
  5.2 下一步工作展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80

GPS观测数据的模拟及误差分析

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