基于飞行器群独立动态组网的北斗伪卫星系统研究

摘要

全球卫星导航系统具有全天候、高精度、覆盖广的优点，但同时也具有一系列固有缺点：数据输出率低、动态环境可靠性差、对复杂地形的适应能力和覆盖能力弱等。我国的二代北斗导航系统将于2020年实现全球导航，同样会面临上述问题。伪卫星技术是解决问题的有效途径之一。基于此，本文以二代北斗导航系统的战区应用为背景，较为深入地研究了伪卫星系统的构建问题，提出了基于飞行器群独立动态组网的北斗伪卫星系统。该系统由一艘飞艇和四架高空长航时无人机构成，以120120 km km′范围的地面用户为导航服务对象。
　　首先，采用经验法和遗传算法相结合的方式研究了伪卫星的独立组网问题。先提出几种常用的静态布局，根据经验法求得其中最好的一种，然后利用遗传算法在保证星座性能最优的前提下确定该方案的具体布局参数，在此基础上再进行动态布局的研究，最后提出本文所构建的北斗伪卫星系统采用独立动态组网的方式。
　　其次，研究了基于惯导/北斗/天文/机间信息组合的伪卫星自身定位技术。伪卫星自身的高精度定位是构建伪卫星系统的重要环节，也是本文的核心内容。针对惯导/北斗伪距和伪距率组合姿态精度不高的缺点，引入了天文导航系统以提高姿态精度；基于伪卫星系统中多无人机的事实，为了充分利用丰富的机间信息，提出了基于机间信息提高定位精度的机群定位方法；最后通过联邦滤波算法，对基于惯导/北斗/天文/机间信息组合的定位方法进行了仿真验证。
　　最后，对北斗伪卫星系统用户的导航精度进行了仿真。详细分析了伪卫星系统的定位误差源，为了消除伪卫星时钟误差、削弱其它公共误差以提高导航精度，将差分技术引入到伪卫星系统中。仿真结果表明在北斗定位系统对地面用户完全不可用时，所构建的北斗伪卫星系统能够代替北斗定位系统为用户提供适中精度的导航服务。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注 释 表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 伪卫星技术的研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 伪卫星组网配置研究

2.1 引言

2.2 伪卫星组网说明

2.3 伪卫星的视距范围

2.4 精度因子分析

2.5 伪卫星组网配置

2.6 本章小结

第三章 伪卫星自身定位研究

3.1 引言

3.2 组合定位系统概述

3.3 惯导系统误差建模及其状态方程

3.4 组合定位系统信息融合模型

3.5 基于机间信息提高定位精度的机群定位方法

3.6 SINS/BD/CNS/机间信息组合定位信息融合系统仿真及分析

3.7 本章小结

第四章 用户导航服务

4.1 引言

4.2 定位误差源分析

4.3 用户定位定速

4.4 差分定位技术

4.5 用户导航精度仿真分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文所做的主要工作

5.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文