伪卫星增强北斗系统性能分析及组网技术研究

摘要

北斗卫星导航系统是我国拥有自主权并独立运行的全球卫星导航系统。北斗二号区域系统已于2012年底开始试运行，具备了无源定位服务。作为新建成的系统，北斗系统由于自身星座构型等方面的限制，在一些对精度要求高的应用环境下，或是在山地、城市等信号受到遮挡接收机无法接收到满足定位需求的信号数量的环境中，存在定位精度不佳、完好性和可靠性差等问题。伪卫星定位技术是解决上述问题的的一条有效途径，布设伪卫星能增加额外信号源，改善整个定位系统的星座结构从而提高系统定位精度，甚至在北斗信号完全丢失的环境中进行独立组网定位。伪卫星定位相关技术的研究对于提升北斗服务性能、拓展其定位区域和时段具有重要的应用价值。
　　论文依托863计划项目，对增强北斗系统的伪卫星定位技术与组网布局进行了理论分析和应用研究，在北斗系统构成及伪卫星增强北斗系统技术原理的理论基础上，给出了增强北斗系统的伪卫星系统方案并阐述了其工作原理，并对伪卫星系统中涉及到的关键问题做了相关分析；在以上组网系统方案的技术背景下，进而对伪卫星增强北斗的系统性能进行研究，精度因子是评价卫星定位系统定位精度最直观的一个量度，从伪距定位方程解算出发，分析了定位误差的影响因素，推导出精度衰减因子的计算方法，观测全天24小时的北斗实时数据，并计算增设伪卫星前后系统的精度因子；从精度因子入手，逆向利用其作为系统精度衡量值来深入研究了伪卫星组网的几何布局：一是针对精密定位需求，仿真分析了单颗伪卫星高度角方位角对北斗系统精度的影响，并通过仿真数据探讨了对于不同方向的高精度需求如何通过备选方案选取相对最优的伪卫星数目和位置；二是针对北斗卫星跟踪数目不足时，仿真分析了不同数目或不同位置伪卫星对区域定位精度分布的影响；三是针对北斗信号完全丢失的环境，设计了4星和5星的伪卫星独立组网方案。
　　在北斗系统中模拟增设伪卫星的计算结果表明，增设伪卫星可有效提高覆盖区域的定位精度，验证了伪卫星应用于北斗系统的可行性和增强效用。对增强北斗系统三种情形中伪卫星几何布局的实测数据和仿真结果为实际应用中伪卫星的优化布站提供了一定的参考意义。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的与意义

1.3 国内外研究概况

1.4 本文的主要研究内容

第2章 伪卫星增强北斗系统方案与关键问题分析

2.1 伪卫星增强北斗系统技术原理

2.2伪卫星增强北斗系统组网方案

2.3 伪卫星增强北斗定位关键问题

2.4 本章小结

第3章 伪卫星增强北斗系统性能研究

3.1 伪距定位算法

3.2 系统定位精度分析

3.3 伪卫星增强COMPASS实例仿真

3.4 本章小结

第4章 伪卫星组网布局研究

4.1精密定位需求下伪卫星的组网布局

4.2辅助北斗定位中伪卫星的组网布局

4.3伪卫星独立定位的组网布局

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究的内容与结论

5.2 有待进一步研究的内容

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及科研情况