GPS与BD双模GNSS接收机定位解算技术研究

摘要

GNSS，即全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)现已广泛应用于通信、测绘、军工等领域，而且其应用范围仍在不断扩大。出于国防及民用发展考虑，我国自主研究建设了北斗卫星导航系统，继美、俄后也拥有了独自的卫星导航系统。北斗系统的独立运行能力在军事上保证了国家的安全稳定，在民用上也将促进一批产业的发展。为了推广民用领域的应用，保证导航服务的连续性及精确性，与世界上其他卫星导航系统的协作定位尤为重要。藉由我国2012年底对外正式公布了北斗系统接口控制文件(Interface Control Document)这一契机，本文研究了GPS/BD双模情况下接收机定位解算技术的实现。针对双模定位解算过程中的技术进行了算法上的研究与改进，并应用于GPS/BD双模基带芯片定位解算软件部分的设计实现。论文的主要工作包括以下几个方面:
　　(1)本文分析了北斗二代导航系统与GPS的异同，包括空间星座、信号波段、时间系统及空间坐标系。首先研究了北斗单模系统定位方法，并实现了北斗单模接收机定位解算各软件子模块，特别注意区分了北斗星座不同轨道的卫星。接着，针对GPS/BD双模系统组合定位的难点与其相应处理办法进行研究，讨论了双模联合定位的基本原理和实现方法，包括双模系统时空统一方法。
　　(2)本文在具体的双模定位解算技术研究中，分别探讨了双模卫星选星算法、双模一致性检测方法以及双模卡尔曼滤波定位。提出了一种适用于多卫星星座情况下的卫星选星算法，算法基于最优几何分布，能在保证性能前提下减少计算量;针对城市峡谷等强多径环境，研究了有别于传统“自顶向下”方法的“自底向上”卫星一致性检测方法，仿真表明方法在强多径环境下性能更为稳定;论文还对双模卡尔曼串行更新及其新息检测进行了研究与实现，使双模定位结果更加平滑连续。
　　(3)本文在搭建了接收机硬件平台的基础上，整合了GPS/BD双模接收机基带芯片定位解算部分的软件框架，将GPS与BD相应软件子模块进行了统一处理和实现。双模接收机路测运行正常，并对定位能力及定位性能进行了测试。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 论文主要贡献及结构安排

第二章 GPS与BD卫星导航系统

2．1 卫星导航系统组成及时空坐标

2．2 GPS与BD卫星导航系统概况

2．3 GPS与BD双模定位相关问题

2．4 卫星导航系统定位原理

2．4．1 卫星定位原理

2．4．2 双模导航定位原理

2．5 本章小结

第三章 定位信息优选算法研究

3．1 GPS与BD双模卫星选星

3．1．1 卫星选星概念

3．1．2 卫星选星算法研究

3．1．3 改进型卫星选星算法

3．2 双模选星算法仿真分析

3．3 GPS与BD双模卫星一致性检测

3．3．1 卫星测量值随机模型

3．3．2 卫星一致性检测概念

3．3．3 自底向上的一致性检测方法

3．4 一致性检测仿真结果及分析

3．5 本章小结

第四章 GPS与BD双模卡尔曼滤波定位

4．1 卡尔曼滤波定位原理

4．1．1 卡尔曼滤波算法

4．1．2 导航定位中的卡尔曼滤波

4．2 GPS与BD双模卡尔曼滤波

4．2．1 双模卡尔曼滤波定位

4．2．2 卡尔曼串行更新与新息检测

4．3 双模卡尔曼定位结果及分析

4．4 本章小结

第五章 双模接收机定位模块设计与实现

5．1 接收机硬件平台

5．2 定位模块软件设计

5．2．1 软件框架

5．2．2 子模块流程及实现

5．3 接收机定位性能测试

5．3．1 测试环境

5．3．2 测试结果

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 后期工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目