北斗/GPS伪距组合定位及优化技术研究

摘要

全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）包括GPS系统、伽利略（Galileo）系统、格洛纳斯（GLONASS）系统以及北斗卫星导航系统。2012年底，北斗卫星导航系统实现亚太区域的公开服务，标志着我国自主卫星导航系统的初步建成。近年来，全球卫星导航系统在交通、测绘、通信、导航、国防等方面发挥着越来越重要的作用。然而，全球定位系统同样面临着很多问题：一是在某些大楼林立的城市、高山耸立的山谷等地形复杂的情况下，伪距定位的精度比较低，尤其是目前北斗卫星数量只有16颗，在南边的卫星被遮挡的情况下，造成北斗伪距定位的精度不理想，甚至无法定位；二是由于大气层、多路径的影响，当接收机收到的卫星数据质量不高时，北斗和GPS伪距定位效果不太好。针对这种情况，多系统的组合定位及伪距定位优化技术能够有效解决这一问题。
　　论文依托于863计划项目，主要研究北斗/GPS系统伪距的组合定位及提高组合定位精度的优化方法。
　　（1）本文简单介绍卫星导航系统的结构组成，分析北斗和GPS系统的优点，分析卫星位置的计算方法，重点研究定位过程中出现的误差源，分析和应用相关的误差改正模型；
　　（2）在充分理解和分析原理的基础上，对北斗/GPS伪距定位进行分析并编程实现。简单介绍伪距测量值的概念，推导伪距方程实现定位的过程。在此基础上，给出了单系统的定位流程，并利用采集的真实卫星数据进行北斗/GPS单系统定位。在实现单系统定位的基础上，重点分析组合定位实现的基础和数学模型，给出了组合定位的流程，并进行北斗/GPS组合定位，对比分析定位结果做出结论，并作为后文的研究的基础；
　　（3）承接上文，在单系统定位精度本身不高情况下，研究提高组合定位精度的优化方法。一是从定位算法方面，通过应用加权最小二乘法和卡尔曼滤波算法来提高定位精度，并对三种算法进行分析。二是从定位本身的流程来看，本文针对存在的一些问题，对卫星传播时间的计算过程进行优化改进，使定位流程更加准确、合理。
　　通过编程实现结果表明，北斗/GPS组合定位能大大增加可见卫星的数目，改善卫星定位星座的结构，优化了定位精度，特别是对于北斗定位来说，组合定位弥补了北斗本身卫星数量不足的缺陷，显著地提高了定位精度；另外，通过应用加权最小二乘法和卡尔曼滤波算法，提高了卫星数据的利用效率，增强了定位结果的稳定性和可靠性；对于本文中对定位的优化改进，通过定位结果可以看出，定位精度确实得到了提高，有一定的优化作用。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究主要内容及组织结构

第2章 卫星导航定位关键问题分析

2.1卫星导航系统分析

2.2卫星位置计算

2.3定位误差源及改正模型分析

2.4 本章小结

第3章 北斗/GPS伪距定位分析与实现

3.1伪距定位分析

3.2北斗/GPS单系统定位

3.3北斗/GPS组合定位

3.4 单系统和组合定位对比分析

3.5 本章小结

第4章 北斗/GPS组合定位的优化设计

4.1 加权最小二乘法组合定位

4.2 卡尔曼滤波组合定位

4.3 三种算法定位效果对比分析

4.4 伪距定位的流程优化

4.5 本章小结

第5章 总结和展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献