GPS观测数据的模拟及误差分析

摘要

由于GPS定位技术的广泛使用，对于其接收到的观测文件的研究也越来越多。本文结合计算机技术，以GPS定位系统的基本原理为基础，利用C＃．NET编程实现了静态观测数据的模拟，能有效地生成观测值文件。文章的主要内容包括如下几个方面： (1) 分析了卫星定位的基本原理，研究了GPS卫星信号在传播过程中所受到的各种误差影响，并对误差的各种数学模型做了分析，编制了相应的程序模块。 (2) 对卫星的坐标计算进行了详细的分析，对导航文件计算卫星坐标的步骤给出了详细的介绍；并且用拉格朗日多项式对精密星历插值，得到15秒间隔的卫星坐标，对两种方法的计算结果做了比较，两个计算结果相差较小，验证了结果的正确性。 (3) 对模拟观测文件中所要用到的坐标系统、时间系统以及坐标的转换，RINEX文件的类型、格式，文件中的观测值类型，都做了较详细的介绍。 (4) 分析研究了模拟观测数据文件程序的结构、功能，编制了读导航文件、读精密星历文件和生成文件模块，利用C＃．NET技术实现了程序的运行，并生成了多个观测值文件。 (5) 根据测站之间设定的距离和测站名，选择读取导航文件或者精密星历，生成相应的观测值文件，用LGO和TGO软件对模拟出的观测值文件进行检验和基线解算，详细分析了不同基线的计算结果及其误差。对数据模拟中还要解决的问题做了简单的分析，对数据模拟的发展方向进行了阐述。

目录

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第一章绪论

1.1卫星导航系统的发展

1.2观测数据仿真的意义以及国内外的现状

1.3本文的主要研究内容

第二章卫星运动原理及GPS观测文件

2.1卫星轨道计算

2.1.1轨道基本参数

2.2计算卫星轨道位置坐标的原理

2.2.1星历参数介绍

2.2.2卫星位置计算步骤

2.3 R1NEX文件格式

2.3.1文件的命名规则

2.3.2广播星历文件

2.3.3观测文件

2.3.4气象文件

2.4 GPS卫星参考系

2.4.1 WGS-84坐标系

2.4.2站心坐标系

2.5 GPS观测量及其组合

2.5.1 GPS基本观测量

2.5.2码相位伪距测量

2.5.3载波相位观测值

2.6时间参考系统

2.6.1世界时系统

2.6.2原子时系统

2.6.3动力学时系统

2.6.4协调世界时

2.6.5 GPS时间系统

第三章GPS观测模拟的误差模型

3.1前言

3.2与卫星有关的误差

3.2.1卫星钟差

3.2.2卫星轨道偏差

3.3与信号传播有关的误差

3.3.1电离层折射误差

3.3.2 GPS接收机的电离层误差改正

3.3.3 Klobuchar模型

3.3.4对流层误差

3.4与接收设备有关的误差

3.4.1观测误差

3.4.2接收机的钟差

3.4.3载波相位观测的整周未知数以及周跳

3.4.4天线的相位中心位置偏差

3.5其他误差来源

3.5.1地球自转的影响

3.5.2相对论的影响

第四章GPS静态观测数据的模拟

4.1概述

4.2模拟软件的介绍

4.2.1软件的整体框架设计

4.2.2软件界面以及功能介绍

4.3导航文件模拟GPS观测文件

4.3.1卫星坐标检验

4.3.2卫星高度角的计算结果检验

4.3.3广播星历模拟观测文件的检验

4.4精密星历模拟GPS观测文件

4.4.1拉格朗日多项式插值方法

4.4.2精密星历插值结果与导航文件比较

4.4.3精密星历模拟观测文件的检验

4.5误差分析及LGO对模拟数据的检验

4.5.1各种误差的图形分析

4.5.2计算结果以及分析

第五章结论和展望

5.1本文主要工作内容

5.2下一步工作展望

参考文献

致谢