北斗伪卫星空基增强网络优化与高精度动态时间同步

摘要

北斗卫星导航系统虽然具有高精度、全天候、能实现持续覆盖的优点，但也具有发展不完善、复杂区域环境可靠性差、特殊地形适应能力和覆盖能力弱等缺点。我国北斗一代导航系统已经完成，目前正处于北斗二代导航系统的发展与完善阶段，预计2020年实现全球导航。伪卫星技术是北斗卫星导航系统的有益补充，鉴于此本文以大区域二代北斗增强系统为背景，深入分析和研究了北斗伪卫星系统的大区域组网与动态授时技术，提出了半分析式方法与遗传算法结合的伪卫星广域网络组网优化方法，鉴于伪卫星及导航卫星的运动误差是共视授时、双向授时误差产生的主要原因，提出共视选星、整网平均、动态位置补偿及航迹迭代等方法，有效消除了动态授时中的载体位置误差等因素的影响。
　　首先，运用半分析式方法和遗传算法相结合的方式解决了伪卫星广域网络的优化问题，论文分别分析了半分析式方法、遗传算法的优缺点，并提出两者结合的广域伪卫星网络优化总体方案；然后，定义空基伪卫星组网优化的性能指标及各个指标权重的求解方法；最后分析了三种空基伪卫星构型与建模方法，对三种网络分别用所提方法进行了优化计算与分析，并进行性能综合评价，得出性能较好的网络。
　　其次，采用动态共视选星及整网平均的方法解决了传统共视授时方法较难实现动态载体高精度时间同步的问题。首先分析共视授时原理及其特点，提出实现广域空基伪卫星网络的动态传递共视授时方法；然后对共视授时过程中的误差项进行分析，提出卫星共视选星策略，并结合多套惯性导航系统位置误差特性及中心极限定理得出 SINS/BD组合导航系统的位置误差特性，提出采用整网平均的方法来提高共视授时精度的方法；最后采用卡尔曼滤波算法验证本章所提方法能够有效提高动态共视授时的精度。
　　最后，以传统静态双向授时为基础，运用SINS短时间相对精度高的特性，设计动态位置补偿方法解决了动态载体高精度的双向时间同步问题。首先对双向授时原理进行分析，针对动态条件下双向授时由于运动产生的授时误差提出位置补偿策略与算法，并分析 SINS系统的解算方法及短时间内的导航解算相对位置精度，证实动态位置补偿是可行的，由于无人机伪卫星是按照一定航迹飞行的，在仿真过程中无法得到伪卫星前后位置的时间差，又提出航迹迭代方法；然后用所提方法分别对GEO与IGSO两种情况下的双向授时进行仿真验证；最后仿真结果表明本章节提出的位置补偿等方法能够有效提高动态双向授时的精度。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

注释表

第一章 绪论

1.1论文研究背景及意义

1.2伪卫星的应用

1.3伪卫星技术的研究现状

1.4论文的主要研究内容

第二章 广域空基伪卫星的网络优化

2.1引言

2.2伪卫星组网指标及其权重求解方法

2.3伪卫星组网优化方法

2.4伪卫星构型对应网络的仿真与分析

2.5伪卫星网络的性能对比与评价

2.6本章小结

第三章 伪卫星动态共视授时技术的研究

3.1引言

3.2共视授时原理及动态传递共视授时策略

3.3共视授时电磁波大气延迟误差分析

3.4钟差系统模型及位置误差消除

3.5共视授时钟差仿真与分析

3.6本章小结

第四章 伪卫星双向动态授时技术研究

4.1引言

4.2双向时间同步原理

4.3位置补偿原理及SINS导航系统

4.4航迹迭代

4.5双向动态授时观测方程模型求解

4.6双向动态授时仿真与分析

4.7本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文所做主要工作

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