GPS/BD-2卫星定位算法设计与实现

摘要

全球定位系统是新一代精密卫星导航定位系统。其中以GPS为典型，系统具有全球、全天候、连续实时的精密三维导航和定位能力。在定位系统中，观测点定位一直是一个重要研究和应用领域。本文通过完成基于软件的观测点定位过程，实现了卫星定位的设计。
　　文章首先在对动态导航数据处理过程进行了还原和分析。在定位算法中选定通用性较强的伪距法进行分析、改进与实现。在分析过程中讨论了构建可靠函数模型的必要性，依照定位流程进行了建模。在改进过程中提出了一种新的选星算法，它旨在根据环境来修改选星时的仰角阈值，能更好地避免在实际定位中经常遇到的无效选星的问题，提高了定位效率和采纳准确性。在定位解算模块中主要采用了最小二乘法，并结合卡尔曼滤波算法对误差量进行估计。在实现过程中，原始数据是严格从IGS网站获取的卫星星历与真实测站得到的实时伪距信息，所以在此基础上所作的运算结果是可靠并符合现实意义的。最后通过程序能够正确显示出GPS卫星定位的结果，并在通过误差估计后证明了算法满足定位要求。
　　由于GPS接收机接收的数据属于WGS-84坐标系，定位结果要求为在地方坐标系下的平面坐标，因此需要通过建模完成坐标系的转换步骤并通过基于VC++的代码实现了最终坐标数据的处理。通过MATLAB，验证了算法中仰角阈值的划定依据并完成了卡尔曼滤波算法对误差估计的优化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 GPS／BD-2工作原理及解算技术概述

1．3 论文主要内容及章节安排

1．4 本章小结

第2章 GPS／BD-2定位系统详述

2．1 GPS的组成

2．1．1 GPS太空卫星部分

2．1．2 GPS地面管制部分

2．1．3 GPS地面接收设备

2．2 坐标系统

2．2．1 坐标系基本类型

2．2．2 坐标系统之间的转换

2．3 时间系统

2．4 GPS信号、导航电文与卫星星历

2．4．1 GPS信号的构成

2．4．2 导航电文

2．4．3 卫星星历

2．5 本章小结

第3章 定位方法与误差分析

3．1 定位方法

3．2 差分定位原理

3．3 伪距法定位

3．3．1 根据GPS星历计算卫星位置

3．3．2 计算接收端位置和速度

3．4 定位误差来源

3．4．1 发射端误差

3．4．2 传输误差

3．4．3 接收端误差

3．5 GPS卫星可见性

3．6 本章小结

第4章 定位算法与建模

4．1 定位数据坐标转换建模

4．1．1 地心坐标系与参心坐标系

4．1．2 空间直角坐标与大地坐标

4．2 最小二乘法

4．3 基于仰角阈值的选星算法

4．3．1 对定位精度的评估

4．3．2 GDOP定义

4．3．2 选星算法

4．4 卡尔曼滤波算法

4．4．1 卡尔曼滤波基本方程

4．4．2 卡尔曼滤波算法进行误差估计

4．4．3 连续非线性的卡尔曼滤波

4．5 GPS动态滤波数学模型

4．5．1 系统模型的建立

4．5．2 量测模型的建立

4．6 本章小结

第5章 实现及验证

5．1 定位模块实现

5．2 选星算法实现结果

5．3 定位结果与误差模拟

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢