基于星载GPS的低轨卫星精密定轨技术研究

发布时间：2017-03-28 20:17

  本文关键词：基于星载GPS的低轨卫星精密定轨技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低轨(LEO)卫星在大气探测、地球重力场研究等科学领域中有着十分广泛的应用,近年来得到了迅猛的发展。而进行这些科学研究和应用的前提是要获得LEO卫星精确的绝对、相对轨道信息。GPS定位系统由于成本低、全天候、连续观测以及高精度等特点,是目前最合适的低轨卫星精密定轨手段。本文针对基于星载GPS的低轨卫星绝对及相对精密定轨技术展开了研究。 论文首先给出了GPS的基本观测模型,对其中的误差来源进行了分析并指出了消除或减小这些误差影响的方法。阐述了简化动力学定轨方法中使用的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的理论基础,并详细给出了低轨卫星在空间运行的动力学模型。 其次,论文使用精密单点定位(PPP)的方法,实现了低轨卫星GPS精密定轨仿真平台。详细分析了其中的技术细节,包括精密星历产品的使用、动力学模型的数值积分算法以及滤波器的详细设置,给出了实时定轨算法的流程。针对于该算法中可能存在的会导致定轨精度下降的问题,提出了一种新型的接收机自主完好性检测算法(RAIM)以及一种基于过往实际观测数据统计的观测值噪声建模方法,利用实际数据的计算结果证明,这两种方法能在一定程度上提高定轨的精度。 最后,论文研究了在卫星编队飞行环境下基于GPS的星间相对定位技术。实现了基于单差GPS、浮点模糊度估计的双差GPS以及固定整周模糊度的双差GPS相对定轨算法。通过使用GRACE任务的实测数据进行仿真,分别比较了这三种算法的相对定位性能,得出以下结论：基于单差的算法结构简单稳定性高,可以用于实时相对定轨的应用；固定整周模糊度的双差GPS相对定轨算法复杂度高但是定位精度也高,适合后处理精密相对定轨应用。
【关键词】：星载 GPS 低轨卫星 精密定轨 RAIM 噪声建模 相对定轨
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V412.41;P228.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 图目录9-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 GPS系统简介10-13
• 1.1.1 GPS系统的组成10-11
• 1.1.2 GPS系统基本定位原理11-13
• 1.2 低轨卫星及其定轨方法13-17
• 1.2.1 星载GPS低轨卫星定轨的研究进展13-15
• 1.2.2 低轨卫星的定轨方法15-17
• 1.3 本文的主要研究内容和结构安排17-18
• 第2章 星载GPS低轨卫星定轨中的基本原理18-34
• 2.1 GPS基本观测模型18-20
• 2.1.1 伪距观测模型18-19
• 2.1.2 载波相位观测模型19
• 2.1.3 双频观测模型19-20
• 2.2 星载GPS误差分析以及改正措施20-26
• 2.2.1 误差分析20-22
• 2.2.2 误差修正措施22-26
• 2.3 扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)26-29
• 2.3.1 卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)技术26-27
• 2.3.2 扩展卡尔曼滤波27-29
• 2.4 低轨卫星动力学模型29-32
• 2.4.1 保守力29-31
• 2.4.2 非保守力31-32
• 2.4.3 坐标系旋转的影响32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 星载GPS低轨卫星定轨算法34-65
• 3.1 基于PPP的LEO精密定轨算法34-47
• 3.1.1 精密星历的使用34-39
• 3.1.2 数值积分方法39-41
• 3.1.3 滤波器设置41-45
• 3.1.4 算法流程45-47
• 3.2 算法改进47-64
• 3.2.1 接收机自主完好性检测算法48-53
• 3.2.2 观测值加权53-64
• 3.3 本章小结64-65
• 第4章 编队卫星相对定位65-84
• 4.1 单差相对定位65-75
• 4.1.1 单差观测模型66-67
• 4.1.2 基于单差观测的相对状态估计67-71
• 4.1.3 仿真结果分析71-75
• 4.2 双差相对定位75-83
• 4.2.1 双差观测模型75-76
• 4.2.2 基于双差浮点模糊度估计的相对定位76-79
• 4.2.3 固定整周双差模糊度的相对定位79-83
• 4.3 本章小结83-84
• 第5章 总结与展望84-86
• 参考文献86-90
• 攻读学位期间参与的项目和完成的论文90-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 吉长东;徐爱功;冯磊;;GPS精密星历拟合与插值中龙格现象的处理方法[J];测绘科学;2011年06期

2 杨元喜,何海波,徐天河;论动态自适应滤波[J];测绘学报;2001年04期

3 王爱生;王飞;;GPS预报星历和钟差的精度及对标准定位服务的影响[J];大地测量与地球动力学;2012年06期

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  本文关键词：基于星载GPS的低轨卫星精密定轨技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：272966