基于复合差分的精密GPS定位系统关键技术研究

发布时间：2017-04-27 19:05

  本文关键词：基于复合差分的精密GPS定位系统关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全球卫星定位系统简称为GPS(Global Positioning System)，可对海、陆、空进行实时精确的三维导航定位，，其应用已广泛深入人们的日常生产与生活。随着各国定位星系的建立与完善，目前已是多星座并存的时代。美国研制的GPS定位系统与俄罗斯研制的全球导航定位系统(GLObal NAvigation Satellite System，简称GLONASS)是目前最为可靠稳定的全球定位星系，两者的结合对定位精度的提高及系统稳定性、可用性的改善有很好的作用。本文主要针对GPS/GLONASS复合差分定位展开研究，采用相对差分方式，建立复合差分定位模型，经过数据预处理与观测方程的解算，实现精密快速定位的目标。 分析了各种定位误差源，根据GPS差分定位原理与相对差分定位技术，建立了GPS/GLONASS复合差分定位模型。针对卫星定位中特有的RINEX和SP3数据格式，设计了基于MATLAB的读取程序，将相关信息存入结构体矩阵，方便数据处理。 分别采用了滑动式Lagrange插值法和四阶龙格库塔法完成GPS精密星历与GLONASS卫星位置的拟合，得到观测卫星坐标，并将卫星仰角与加权几何精度因子GDOP(Geometric Dilution Precision)结合选出最小定位星系，使计算量相对于最小GDOP法降低了87.23%。 提出了适用于相位平滑伪距的自适应衰减因子Kalman滤波算法(AAFKF)，利用极大后验噪声统计估计器对未知的伪距噪声方差进行估计，改善了模型不准确带来的误差。对实测数据进行了算法验证，伪距双差的计算结果表明，该算法对伪距有很好的平滑效果。 在最小二乘法基础上，推导了解算复合差分观测方程的加权迭代最小二乘法，利用验后方差分量估计法确定GPS与GLONASS不同精度观测值的权矩阵。下载实测数据分别对GPS、GPS/GLONASS、加权GPS/GLONASS的非差与差分定位进行仿真实验及数据分析。结果表明，加权GPS/GLONASS复合差分定位的三维坐标分量均方差都在10cm以内，单历元解算速度约为11ms。
【关键词】：GPS/GLONASS 差分定位 相位平滑伪距 最小二乘法 方差分量估计
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 复合差分 GPS 定位技术的研究进展11-14
• 1.3 论文研究内容14-15
• 第2章 复合差分定位原理及数学模型15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 定位误差源15-20
• 2.2.1 卫星相关误差15-16
• 2.2.2 信号传播中的相关误差16-19
• 2.2.3 接收设备相关误差19-20
• 2.3 GPS/GLONASS 绝对定位20-21
• 2.4 GPS/GLONASS 差分定位21-24
• 2.4.1 伪距差分法22-23
• 2.4.2 载波相位差分法23-24
• 2.5 GPS/GLONASS 复合差分定位模型24-25
• 2.6 本章小结25-27
• 第3章 定位数据的读取及预处理27-52
• 3.1 引言27
• 3.2 定位数据的读取27-30
• 3.2.1 RINEX 格式数据的读取27-30
• 3.2.2 SP3 格式数据的读取30
• 3.3 GPS 与 GLONASS 时空统一30-34
• 3.3.1 GPS/GLONASS 时间系统及其统一31-33
• 3.3.2 GPS/GLONASS 坐标系统及其统一33-34
• 3.4 卫星位置的计算34-45
• 3.4.1 GPS 卫星位置的计算34-38
• 3.4.2 GLONASS 卫星位置的计算38-40
• 3.4.3 精密星历的轨道标准化40-45
• 3.5 最小定位星系的选择45-50
• 3.5.1 GDOP 及其对定位精度的影响47-48
• 3.5.2 选星算法48-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 伪距平滑算法的优化设计52-61
• 4.1 相位平滑伪距原理52-53
• 4.2 标准 Kalman 滤波算法53-55
• 4.3 AAFKF 伪距平滑算法55-58
• 4.3.1 极大后验噪声估计器55-57
• 4.3.2 AAFKF 算法57-58
• 4.4 算法验证及分析58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 定位算法与仿真实验61-72
• 5.1 加权迭代最小二乘法61-66
• 5.1.1 迭代最小二乘法61-63
• 5.1.2 定权算法63-66
• 5.2 GPS/GLONASS 定位软件设计66
• 5.3 GPS/GLONASS 复合差分定位实验及结果分析66-70
• 5.4 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果78-79
• 致谢79-80
• 作者简介80

【参考文献】

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本文编号：331226