GPS/GLONASS双系统组合定位算法研究

摘要

本文介绍了GPS/GLONASS系统的组成、特点、导航电文及现代化计划，全面的比较了GPS和GLONASS这两种全球导航定位系统的异同点。提出了导航定位中一般需要考虑的误差源，他们的处理方法或改正模型，运用拉格朗日多项式插值、埃尔密特多项式拟合实现了GPS卫星位置外推及拟合。分析了卫星几何分布精度因子计算并利用最小二乘法实现了参数的估计，完成了GPS单点定位。运用四阶定步长Runge-Kutta数值积分方法和拉格朗日多项式插值算法分别实现了GLONASS卫星位置外推和拟合。在此基础上，运用基于空间的技术统一了GLONASS与GPS的坐标系统，将GLONASS星历变换成统一的GPS坐标系统，并设定两个钟差适用于两类不同的观测量，最后，运用卡尔曼滤波参数估计方法完成了GPS/GLONASS系统组合定位。本文分析了实际观测的数据，并仿真实验了部分的内容，对组合GPS/GLONASS单点定位性能进行了评价。具体完成如下内容：
　　1)完成了GPS单点定位方法的实现。运用拉格朗日多项式插值、埃尔密特多项式拟合实现了GPS卫星位置外推及拟合。比较可知，精度是埃尔米特拟合好于拉格朗日插值，时间量是拉格朗日插值快于埃尔米特拟合。完成了卫星几何分布精度因子计算并利用最小二乘法实现了参数估计。最后，利用实际观测的数据分析了GPS单点定位的精度。
　　2)分析了GLONASS卫星系统的位置计算，运用四阶定步长Runge-Kutta数值积分方法和拉格朗日多项式插值算法分别实现了GLONASS卫星位置外推和拟合。本文在原有GPS单点定位模型的基础上，利用麻省理工学院(MIT)Lincoln实验室的基于空间的技术统一了GLONASS与GPS的坐标系统，即：利用转换参数把GLONASS星历变换成统一的GPS坐标系统，之后，设定两个钟差从而适用于两类不同的观测量，并给出了之间的转换模型，推导出了适合GPS/GLONASS联合数据处理的组合单点定位模型。
　　3)分析并运用卡尔曼滤波参数估计方法计算用户位置，速度，提出了软件设计的三个模块，定位解算函数接口，参数和串口传输协议；最后，运用实测观测数据和下载的精密卫星星历和卫星钟钟差等数据，对组合GPS/GLONASS单点定位模型的性能进行了评价。计算结果发现，当GPS卫星数目较多且GDOP较好时，GLONASS观测数据的引入对定位精度改善不大；GPS卫星数目较少时，组合单点定位相比GPS单点定位能显著的提高收敛后定位精度。这意味着，当GPS信号被遮挡，GLONASS卫星将是一个很好的补充。

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主要符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 课题研究的可行性

1.3 本文的主要研究内容

第二章 GPS与GLONASS系统简介

2.1 概述

2.2 GPS现代化

2.3 GLONASS现代化

2.4 GPS和GLONASS系统比较

2.5 本章小结

第三章 组合单点定位误差源及处理方法

3.1 误差概述

3.2 误差源及修正模型

3.3 误差修正结果分析

3.4 本章小结

第四章 GPS单点定位方法

4.1 GPS卫星位置计算

4.2 GPS卫星位置及其轨道拟合分析

4.3 最小二乘计算接收机位置，速度

4.4 GPS单点定位结果

4.5 本章小结

第五章 GLONASS导航系统及GPS/GLONASS组合定位方法

5.1 GLONASS卫星位置计算

5.2 GLONASS卫星位置及其轨道拟合分析

5.3 GPS/GLONASS 组合定位模型

5.4 GPS/GLONASS组合定位设计及数据分析

5.4 本章小结

第六章 总结、展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢