应用于低轨导航增强卫星系统的实时高精度定位算法研究

发布时间：2020-06-28 00:55

【摘要】：实现低轨导航增强的关键是低轨导航增强卫星拥有实时高精度轨道数据,或者实现自身高精度定位。通常卫星实时定位是利用星载GPS伪距定位的方法,用该方法得到的定位精度优于10米,但不能满足导航增强至少亚米级的精度要求。本文从低轨导航增强卫星对实时高精度定位的需求出发,利用低轨卫星可接受地面高密度精密星历数据的优势,结合载波相位定位的高精度性和低轨卫星快速运动的特性,提出了在轨实现非差精密单点定位算法。理论建模和仿真表明,通过使用量测噪声估计的方法并且提高星历精度后,卫星定位精度提高了一个数量级而且定位时间也缩短一半。该定位算法在2017年11月15日发射入轨的“和德一号”(DT-1)微小卫星上的导航增强载荷进行了验证。本文主要工作内容包括:(1)设计应用于非差精密单点定位的自适应噪声估计算法。一般定位估计算法将观测噪声视为线性白噪声,但实测情况表明并非如此,因此会带来模型误差,进而影响了定位精度的提高。针对此问题,本文提出了基于M-W组合观测值的量测噪声自适应估计的方法,通过对观测噪声实时统计估计来确定量测噪声协方差阵。地面静态测试表明,该算法能够切实提高定位精度并缩短定位时间,达到分米级定位精度,解决了受环境影响噪声模型突变的问题,满足高精度在轨定位和定轨的需求。(2)提出了联合多星历数据流的实时高精度定位方法。实现非差精密单点定位技术的基础在于拥有高精度导航星的精密星历,本文结合使用GPS广播星历、IGS组织提供的精密星历产品和SSR实时轨道数据流,对GPS卫星轨道数据进行修正。从精度上而言,精密星历精度最高能够达到厘米级,而广播星历通常在米级,经过SSR数据修正后的轨道数据能够得到亚米级的精度。从获取便利角度,广播星历由星载GPS接收机接收的GPS信号中获取,精密星历和SSR修正数据提前从地面网上下载后上注到低轨卫星上。三类星历产品各有优劣。因此,从实际应用的可行性出发,本文将三类星历产品结合使用,以取得最好的效果。该算法在地面GPS信号发生器模拟的在轨动态环境中得到了全面测试,验证了可行性,目前搭载该算法的导航增强载荷正在进行在轨测试。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P228.1
【图文】：

精密定位技术,示范系统,广域,重点项目

一节 1.2.1 提出的非差精密单点定位技术，有所区别的而非事后处理数据的定位技术。因此，需要实时的高精定位服务概念是 JPL 的 Muellerschoen 等人提出的。经过范围内实时动态定位精度能够达到 10~20cm。基于实时 P由 Veripos 公司研制）能够实现分米级实时定位精度。止通信卫星向地面用户发送高精度星历和钟差，最终得到时高精度定位立项，列入高技术研究发展计划（863 计划年展开“广域实时精密定位技术与示范系统”重点项目术为基础，利用目前现有卫星导航地面基准站资源，先进技术。测试结果显示，建立的示范系统实时定位精度优于时钟差 0.2ns，这意味着我国在广域实时精密定位技术 10 月 10 日，成功经过国家验收，同时表明该成果未来可对于北斗推广应用与产业化具有重大意义[20]。

卫星星座,通信系统,北斗导航卫星,增强功能

南京航空航天大学硕士学位论文相应的服务，比如人员定位服务、应急救援以及通信服务[21]。同时鸿雁星座还可以实现导航增强功能，其导航增强功能可为北斗导航卫星增强系统提供信息播发通道，提高北斗导航卫星定位精度。整个鸿雁卫星星座通信系统如图 1.2 所示。

【参考文献】