GNSS精密单点定位中精密轨道和钟差内插方法优化研究

发布时间：2017-03-25 18:15

  本文关键词：GNSS精密单点定位中精密轨道和钟差内插方法优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：精密单点定位技术(Precise Point Positioning)是近些年GNSS方面研究的一个热点。它利用卫星的精密星历和精密钟差文件,仅仅采用一台卫星接收机进行观测,利用观测得到的伪距和载波相位观测值进行解算,就可以在全球任意地点以静态或动态方式进行高精度定位。由于精密单点定位不能通过差分的方法消除误差,所以研究该技术的误差削弱方法至关重要。而卫星轨道误差和卫星钟差是影响定位精度的主要因素。进行厘米级精度的精密单点定位时必须使用高精度的精密星历。当前各大数据分析中心为用户提供的精密卫星星历的采样间隔普遍比较大,而在实际的定位应用中,用户接收机的采样间隔却比较小。为了快速准确的获得卫星的位置,就需要通过内插的方法对卫星星历进行加密。目前常用的内插方法有线性内插法、拉格朗日插值法、牛顿插值法、最小二乘曲线拟合法和切比雪夫多项式拟合法等。所以在实际应用中选取何种卫星星历内插方法是当前亟需解决的关键问题之一。本文针对这一问题,对现有精密卫星星历的内插方法进行了研究与探讨,并针对插值过程中存在的问题提出了改进方法,并用大量算例验证了改进后方法的插值精度与适用性。本文首先介绍了精密单点定位的原理、观测值的基本方程以及定位过程中的误差源及各种误差的消弱方法。在此基础上,详细阐述了常用的五种插值方法(线性内插、拉格朗日插值、牛顿插值、最小二乘曲线拟合、切比雪夫多项式拟合)的原理及数学模型,分析这五种插值方法的特点及适用性。选取线性内插、拉格朗日插值、最小二乘曲线拟合三种内插方法在MATLAB中编程实现,运用一组北斗卫星数据和GPS卫星数据作为实验数据,分别用这三种方法对北斗卫星的轨道和钟差以及GPS卫星的轨道和钟差进行加密,通过对加密后的数据结果的研究,分析这三种方法的插值精度。针对拉格朗日插值算法中的“龙格现象”,提出了一种减弱“龙格现象”的插值方法,并用一组北斗数据验证了该方法能够达到的预期效果。最后用该方法完成对GPS卫星轨道的插值,并结合线性内插法加密的精密钟差数据,在RTKLIB软件中进行精密单点定位解算,得出N、E、U三个方向上的标准差。通过分析解算精度,得出改进后的拉格朗日插值法可以提高精密单点定位的精度的结论。
【关键词】：精密单点定位 北斗 卫星钟差 精密轨道 内插 拟合
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 关键技术的研究现状11-15
• 1.2.1 精密单点定位技术的研究现状11-13
• 1.2.2 卫星精密星历内插方法研究现状13-15
• 1.3 本文主要研究内容与技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-17
• 1.4 本文的结构安排17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 精密单点定位的原理及主要误差源18-31
• 2.1 精密单点定位的原理及观测值方程18-20
• 2.1.1 精密单点定位的原理18
• 2.1.2 精密单点定位观测值的基本方程18-20
• 2.2 精密单点定位的计算流程20-21
• 2.3 精密单点定位中的主要误差源21-30
• 2.3.1 与卫星有关的误差22-24
• 2.3.2 与信号传播有关的误差24-29
• 2.3.3 与接收机有关的误差29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 常用卫星轨道和钟差的内插方法31-37
• 3.1 线性插值法31-32
• 3.2 拉格朗日插值算法32
• 3.3 牛顿插值法32-33
• 3.4 最小二乘曲线拟合法33-34
• 3.5 切比雪夫多项式拟合法34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 三种内插方法算例的对比研究37-55
• 4.1 实验数据的格式及获取方式37-40
• 4.1.1 精密星历数据格式37-38
• 4.1.2 BDS卫星星历和钟差的获取38
• 4.1.3 GPS卫星星历和钟差的获取38-40
• 4.2 北斗卫星轨道和钟差插值精度分析40-47
• 4.2.1 北斗卫星钟差插值精度40-45
• 4.2.2 北斗卫星轨道插值精度45-47
• 4.3 GPS卫星轨道和钟差插值精度分析47-54
• 4.3.1 GPS卫星钟差插值精度47-52
• 4.3.2 GPS卫星轨道插值精度52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 优化方法的应用研究55-62
• 5.1 优化方法简介及精度分析55-58
• 5.1.1 优化方法55
• 5.1.2 精度分析55-58
• 5.2 优化方法在精密单点定位中的应用58-61
• 5.2.1 数据准备58-59
• 5.2.2 精密单点定位解算59
• 5.2.3 精度分析59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 结论62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间取得学术成果70

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