GPS系统建模与仿真技术研究

摘要

全球定位系统(GPS)能全天候全天时提供高精度的位置、速度和时间信息，在军事和民用上显示出越来越重要的用途，应用前景十分广阔。GPS应用范围的扩展给GPS接收机的性能和精度都提出了许多要求，因此对于不同的应用系统，需要验证接收机的性能和精度是否符合系统要求。采用系统仿真的方法取代耗资巨大的物理实验和实物实验，具有周期短、效益高、无风险、可重复、可控等优点。本文就是围绕GPS导航定位系统仿真展开研究的。 本文详细地论述了与GPS导航定位系统一系列有关的参考系统：时间系统、坐标系统和力模型系统。它们构成了仿真的理论实施基础。并根据GPS卫星广播星历求取卫星任意历元的位置、速度、加速度以及加速度的变化率，仿真出GPS卫星运行轨道。由于GPS误差对仿真效果有着重要的影响，本文详细讨论了误差仿真的方法，仿真的误差有对流层和电离层误差。现已有许多可供选择的模型，本文通过比较选择了适于仿真的模型：EGNOS对流层误差模型、Klobuchar电离层误差模型。接着本文实现了选星算法，地理坐标系到地心坐标系的转换，用户位置的获取，伪距方程的解算，仿真信息的解算，最终生成了GPS导航定位系统仿真软件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 GPS系统概述与卫星时间和坐标系统

2.1 GPS系统的组成

2.1.1 空间部分

2.1.2地面控制部分

2.1.3用户部分

2.2 GPS系统定位原理

2.3时间参考系统及其相互转化

2.3.1动力学时

2.3.2 国际原子时

2.3.3世界时

2.3.4协调时UTC

2.3.5 GPS时

2.3.6恒星时

2.3.7儒略日、儒略年

2.3.8不同时间系统的转换关系

2.4坐标系统的定义

2.4.1协议地球参考系(CTS)

2.4.2地心惯性参考系(CIS)

2.4.3星固坐标系

2.4.4 RTN坐标系

2.4.5测站坐标系

2.4.6坐标系统之间的转换

2.5本章小结

第3章GPS运动原理与星历数据及轨道仿真

3.1 卫星轨道基本参数

3.2卫星运动的摄动力

3.2.1 地球非球形引力摄动

3.2.2固体潮摄动

3.2.3海潮摄动

3.2.4相对论效应摄动

3.2.5 二体问题和N体摄动

3.2.6太阳光压模型

3.3 星历文件及轨道仿真

3.3.1 星历文件介绍

3.3.2 GPS卫星在轨位置的计算方法

3.3.3 GPS卫星在轨位置的仿真算法

3.3.4轨道仿真结果分析

3.4本章小结

第4章 GPS系统误差分析及观测数据仿真

4.1 GPS卫星误差

4.1.1卫星时钟误差

4.1.2星历数据误差

4.1.3 群延时误差

4.2卫星信号传播路径误差

4.2.1 电离层误差

4.2.2对流层误差

4.2.3多路径效应

4.3接收设备误差

4.4 GPS观测数据仿真

4.4.1卫星钟误差

4.4.2接收机钟差模型

4.4.3 电离层延迟模型

4.4.4对流层映射函数模型

4.4.5观测误差模型

4.4.6相对论效应误差模型

4.4.7其它误差模型

4.4.8 精度因子计算与最佳星座

4.5观测数据仿真实例分析

4.6本章小结

第5章 GPS仿真系统程序设计

5.1 系统开发中所应用部分程序设计技术简介

5.1.1 面向对象程序设计

5.1.2微软基础类

5.1 3标准模板库

5.2仿真系统组成

5.2.1任务设定模块

5.2.2系统设定模块

5.2.3 图形显示模块

5.2.4空间分析模块

5.2.5定位仿真模块

5.3 仿真实例分析

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