北斗卫星导航系统定位算法研究和GDOP分析

摘要

北斗卫星导航系统是全球四大导航系统之一,随着“北斗一代”系统在过去发挥的巨大作用,“北斗二代”卫星导航系统的发展与应用也受到越来越多人的关注和研究。北斗全球定位系统的建成对生产生活、科学研究及国防建设和国家安全等方面将会产生巨大的影响。本文的研究工作就是在此背景下,对北斗系统的定位算法进行理论研究和仿真分析。
　　首先,本文对全球四大定位系统的组成、所使用的坐标系统和时间系统、工作原理进行了简要介绍。
　　然后对卫星的轨道理论进行了详细的分析、建立北斗系统定位的数学模型。根据卫星轨道理论推导出进行定位解算时所需观测量——卫星位置的计算方法。根据北斗系统的空中卫星轨道参数模拟了不同轨道特性的星下点轨迹,以此为基础建立了导航系统的空中星座,并分析了“北斗一代”和“北斗二代”系统的可见星数目和覆盖范围。
　　其次对北斗系统的定位算法进行了详细推导,其中包括基于最小二乘的PVT解算、改进的最小二乘算法、卡尔曼滤波算法。在算法推导过程中定义了与定位精度密切相关的几何精度因子GDOP,在分析北斗系统的GDOP基础之上提出一种新的选星方法。在理论推导的基础上对“北斗一代”系统的定位精度、最小二乘算法的解算过程及定位精度、“北斗二代”系统的GDOP值、卡尔曼滤波算法的实现过程进行仿真并对仿真结果进行分析。
　　最后对组合系统的定位算法进行研究和仿真分析,其中包括北斗/GPS组合定位和北斗/GPS/Galileo组合定位的数学模型建立、与单系统定位相比需要解决的问题、多系统组合定位时星座的可见星数目和GDOP分析。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构安排和主要内容

第2章 卫星导航系统概述

2.1 北斗导航定位系统

2.2 GPS全球定位系统

2.3 Galileo定位系统

2.4 GLONASS定位系统

2.5 本章小结

第3章 卫星轨道理论和覆盖范围仿真

3.1 常用坐标系间的转换

3.2 卫星轨道的理论分析

3.3 北斗系统的覆盖范围仿真

3.4 卫星定位原理

3.5 本章小结

第4章 北斗导航系统的定位算法

4.1 基于最小二乘的PVT解算

4.2 GDOP分析和选星方法

4.3 改进的最小二乘算法

4.4 卡尔曼滤波算法

4.5 仿真结果及分析

4.6 本章小结

第5章 多系统组合定位

5.1 北斗/GPS组合定位

5.2 多系统组合定位

5.3 仿真结果及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢