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卫星导航系统的信息仿真

作　者: 朱伟刚
导　师: 郝金明
学　校: 中国人民解放军信息工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: GPS 轨道仿真数值积分对流层仿真电离层仿真多路径多普勒频率
分类号: V249.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 553次
引　用: 7次
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内容摘要

全球定位系统(GPS)能全天候全天时提供高精度的位置、速度和时间信息,在军事和民用上显示出越来越重要的用途,其应用前景仅受人们想象力的限制。GPS应用范围的扩展给GPS接收机和软件中的算法都提出了许多要求,因此需要验证接收机的性能和新算法的有效性,利用仿真的GPS信息可以有效的解决这些问题。本文的研究就是围绕GPS的信息仿真展开的。本文详细地论述了与GPS仿真有关地一系列参考系统:时间系统、坐标系统和力模型系统。它们构成了仿真的理论实施基础。为方便求取卫星任意历元的位置、速度、加速度和加加速度,本文选用了Collocation积分方法进行轨道仿真。由于GPS误差对仿真效果有着重要的影响,本文详细讨论了误差仿真的方法,仿真的误差有对流层和电离层误差。现已有许多可供选择的模型,本文通过比较选择了适于仿真的模型:EGNOS对流层误差模型、球谐系数电离层误差模型,并给出了电离层不规则特性的模拟方法。接着本文提出了详细的卫星信号状态计算方法,包括可见卫星预报、信号电平、信号的相位、多普勒频率和多路径信号。最后本文根据上述方法仿真了GPS的静态和地面低动态的观测数据。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-13
  §1.1 卫星导航系统概述  8-9
  §1.2 卫星导航系统信息仿真的原理及仿真系统概述  9-10
  §1.3 卫星导航系统信息仿真的意义及国内外研究现状  10-11
  §1.4 本文的主要研究内容  11-13
第二章卫星导航系统仿真中的时间和坐标系统  13-21
  §2.1 时间系统的定义  13-15
    §2.1.1 动力学时  13
    §2.1.2 国际原子时  13
    §2.1.3 世界时  13-14
    §2.1.4 协调时UTC  14
    §2.1.5 GPS时  14-15
    §2.1.6 恒星时  15
    §2.1.7 儒略日、儒略年  15
  §2.2 不同时间系统的转换关系  15-16
  §2.3 坐标系统的定义  16-17
    §2.3.1 协议地球参考系(CTS)  16
    §2.3.2 地心惯性参考系(CIS)  16-17
    §2.3.3 星固坐标系  17
    §2.3.4 RTN坐标系  17
    §2.3.5 测站坐标系  17
  §2.4 坐标系统之间的转换  17-21
    §2.4.1 CIS和CTS之间的转换  17-19
    §2.4.2 CIS与RTN之间的转换  19-20
    §2.4.3 CTS至测站坐标系的转换  20-21
第三章轨道仿真  21-52
  §3.1 GPS卫星的受力分析  21-31
    §3.1.1 地球非球形引力摄动  21-23
    §3.1.2 固体潮摄动  23-24
    §3.1.3 海潮摄动  24
    §3.1.4 相对论效应摄动  24-25
    §3.1.5 二体问题和N体摄动  25-26
    §3.1.6 太阳光压模型  26-31
      §3.1.6.1 太阳光压  27-28
      §3.1.6.2 星蚀现象  28
      §3.1.6.3 地球反射光压  28-29
      §3.1.6.4 ROCK模型  29-30
      §3.1.6.5 Y轴偏差  30
      §3.1.6.6 CODE模型  30-31
  §3.2 卫星运动方程的求解  31-36
    §3.2.1 初值计算  32-33
    §3.2.2 轨道外推  33-35
    §3.2.3 星蚀期间对轨道的处理  35-36
  §3.3 轨道仿真结果的分析  36-49
  §3.4 偏导数的计算  49-52
第四章卫星导航系统的误差仿真  52-67
  §4.1 对流层延迟的仿真  52-56
    §4.1.1 SBAS模型(EGNOS模型)  52-54
    §4.1.2 模型的比较与分析  54-56
  §4.2 电离层延迟的仿真  56-67
    §4.2.1 模型选择的原则  56-57
    §4.2.2 不同模型的比较  57-62
      §4.2.2.1 Bent模型和IRI模型  57
      §4.2.2.2 Klobuchar模型和球谐系数模型  57-62
    §4.2.3 电离层抖动模型  62-67
      §4.2.3.1 模拟方法  63-66
      §4.2.3.2 算例分析  66-67
第五章观测数据的仿真  67-81
  §5.1 仿真模型  67-74
    §5.1.1 可见卫星判断  67-69
    §5.1.2 时延和多普勒频移计算  69-72
    §5.1.3 多路径误差模型  72-74
  §5.2 数字仿真与物理仿真的接口参数  74-76
  §5.3 仿真算例  76-81
第六章结束语  81-83
  §6.1 结论  81-82
  §6.2 展望  82-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
附录  88

卫星导航系统的信息仿真

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