北斗卫星广播星历及历书参数拟合算法研究

发布时间：2017-05-10 02:09

  本文关键词：北斗卫星广播星历及历书参数拟合算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：广播星历与历书作为卫星导航电文中两个重要的内容，在实时导航定位中发挥着极为重要的作用。对于导航定位用户而言，精密的轨道信息是精确定位的基础，然而要满足用户的实时定位要求，相比于精度较高的事后精密星历，广播星历在实时性和数据更新周期方面有较大优势。广播星历及历书参数是通过预报轨道拟合得到的，常用拟合算法主要为轨道根数法和状态适量积分法，其典型代表分别为GPS和GLONASS广播星历参数拟合方式。采用轨道根数法拟合星历及历书参数，由于其用户算法简单，拟合精度高，外推能力强等优点，被GPS、BDS、GALILEO等广泛采用。然而，由于星座布设的不同，轨道根数拟合法对不同导航系统的适用性成为了当前学者研究的热点问题。 目前，北斗区域导航系统已经开始提供服务，北斗全球导航系统正处于建设阶段。区域系统中采用了轨道根数拟合法拟合了类似GPS的16参数广播星历，且对于三类不同卫星的广播星历拟合精度都优于10cm。北斗全球系统的轨道精度指标要求优于区域系统，广播星历拟合精度需达到5cm，本文将18参数拟合模型用于北斗全球系统中，分析轨道根数拟合18参数模型的精度及其对北斗卫星的适用性。同时，在分析GPS中等精度和简约历书的基础上，考虑了北斗GEO卫星小倾角问题，设计了BDS简约历书模型，并采用轨道根数拟合历书参数，评定其历书精度。论文的具体研究内容如下： （1）介绍了导航卫星广播星历及历书的相关理论和拟合算法，分析了GPS和GLONASS广播星历及历书模型的特点。 （2）针对北斗GEO卫星特点，采用轨道旋转法及GIVENS正交变换解决了小倾角和小偏心率引起的广播星历拟合不成功的问题。 （3）推导了卫星位置对16参数和18参数的偏导数，并对偏导数中调和项的影响做了相关研究与分析，通过实验得出调和项的影响量级为10-5。 （4）采用轨道根数拟合算法，用北斗精密星历拟合16参数广播星历和18参数广播星历，并分析了两种星历模型的拟合精度，结果显示，，16参数广播星历拟合平均用户测距误差（URE）为3cm，最大不超过8cm，18参数广播星历拟合平均用户测距误差为5mm，最大不超过3cm。 （5）分析了不同拟合弧段对两种广播星历拟合精度的影响，结果显示，随着拟合弧段的增加，16参数和18参数拟合精度下降，当拟合弧段大于4h时，精度发散速度快速增加，因此为了确保轨道精度，建议广播星历拟合不超过4h。 （6）针对北斗系统星座的特殊性，设计了一种适用于北斗系统的历书参数及其生成算法，能同时适用于GEO、IGSO和MEO卫星，通过算例验证该算法拟合出的卫星历书参数的精度损失都小于1000m，在卫星快速捕获所要求的范围内。
【关键词】：北斗 广播星历 历书 最小二乘估计 URE
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 广播星历参数模型及拟合算法研究现状15-16
• 1.2.2 历书参数模型及拟合算法研究现状16-17
• 1.3 本文研究的意义和主要内容17-19
• 第二章 广播星历及历书拟合基本理论19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 卫星轨道理论19-25
• 2.2.1 二体问题下开普勒轨道根数及其物理意义19-21
• 2.2.2 导航卫星受摄运动21-25
• 2.3 时间系统和坐标系统25-30
• 2.3.1 时间系统及其相互转换25-27
• 2.3.2 坐标系统及其相互转换27-29
• 2.3.3 北斗时间系统和坐标系统29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 导航卫星广播星历拟合及精度分析31-57
• 3.1 引言31
• 3.2 GPS 广播星历模型及用户算法31-39
• 3.2.1 两种 GPS 广播星历模型及其参数物理意义31-34
• 3.2.2 MEO/IGSO 卫星广播星历用户算法34-37
• 3.2.3 GEO 卫星广播星历用户算法37-39
• 3.3 广播星历拟合算法39-44
• 3.3.1 广播星历拟合算法流程39-41
• 3.3.2 广播星历最小二乘估计原理41-42
• 3.3.3 GIVENS 变换42-44
• 3.4 广播星历参数偏导数44-51
• 3.5 北斗卫星两种广播星历拟合及精度分析51-56
• 3.5.1 北斗卫星 16 参数与 18 参数广播星历拟合精度分析52-53
• 3.5.2 北斗卫星广播星历拟合时长对比分析53-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 历书参数拟合算法及精度分析57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 中等精度历书拟合算法及精度分析57-65
• 4.2.1 中等精度历书参数组成57
• 4.2.2 中等精度历书用户算法57-59
• 4.2.3 中等精度历书拟合算法59-61
• 4.2.4 中等精度历书参数偏导数61-62
• 4.2.5 计算与分析62-65
• 4.3 简约历书拟合算法及精度分析65-74
• 4.3.1 简约历书参数及用户算法65-67
• 4.3.2 简约历书参数偏导数67
• 4.3.3 北斗简约历书设计与生成算法67-68
• 4.3.4 计算与分析68-74
• 4.4 本章小结74-76
• 总结与展望76-78
• 论文总结76-77
• 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间取得的研究成果82-83
• 一、 论文发表情况82
• 二、 参加学术交流会议82
• 三、 获奖情况82-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：353790