北斗-GPS双模卫星定位解算方法研究

摘要

近年来，随着科技水平的飞速发展以及导航技术的不断进步，导航技术已经广泛应用在人们的日常生活以及相关科学研究活动之中。尤其在最近几年，GNSS系统不断升级、改进，不断开拓应用领域，由高精度的大地地理测量农业生产的监控、商船以及军用航空的导航到公交车的定位等，对信息科学发展研究的发展拓展了空间，成为国家、民族科技进步的标识和组成部分。
　　随着现在对于多模系统的研究以及发展趋势的变化，针对北斗卫星导航系统以及GPS的不同特点，将两个系统进行融合，使其实现功能互补，信息互增，在保证了定位精度的同时，将朝着更深入更广泛的方向发展。所以本课题致力于充分吸收，借鉴已有的对双模定位技术的研究成果，研究通过改进选星算法来实现北斗-GPS双模系统的高精度定位。
　　论文的主要研究内容与创新性工作包括:
　　(1)结合北斗-GPS系统的星座分布性特点，对北斗以及GPS坐标系统以及时间系统兼容性进行了分析，针对系统下的各个理论参数进行了分析论证，为下文中的双系统解算方法奠定了理论基础。
　　(2)在研究分析了已有单系统导航定位选星算法的实现方式及特点的前提下，提出了一种基于高度角以及方位角的筛选为主要手段的改进型选星算法，并针对在实际应用场景中可能出现的一些特殊选星条件，对选星算法作了改进，同时给出了改进型选星算法针对应用场景的判定方法以及应用流程。
　　(3)在研究了传统单系统定位的基本原理以及解算方法后，在进一步改进了观测方程的基础上，提出了针对北斗-GPS双模导航定位系统的解算方法，以实现双系统双模定位结果的获得。针对解算过程中，可能出现的误差来源进行了研究分析。
　　在论文的最后，采用实际测量的实验数据，于MATLAB环境下对本文所研究的理论与方法进行了验证与分析。从选星算法的运算效率，北斗-GPS双模导航系统可见卫星数量对比，定位的精度以及GDOP值等多个角度，对本文所提出的解算方法可行性进行了验证。验证结果表明，本文所给出的双模导航定位解算方法在可以保证一定定位精度的前提下，可以大大提高系统的运算效率，所设计的北斗-GPS双模导航定位系统可以实现用户在实际应用中的定位需求。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外多模卫星导航系统研究现状

1．2．2 多模卫星导航系统选星算法研究现状

1．3 论文研究内容及组织结构

2 GNSS双模定位相关概念

2．1 概述

2．1．1 GPS卫星定位导航系统

2．1．2 北斗卫星定位导航系统

2．2 卫星定位导航系统基本原理

2．3 北斗、GPS星座分布特点分析

2．3．1 GPS星座特点

2．3．2 北斗卫星导航系统星座特点

2．3．3 GPS／北斗星座对比

2．4 精度因子(DOP值)定义

2．5 本章小结

3 卫星导航系统选星算法研究

3．1 北斗、GPS系统坐标系以及时间兼容性分析

3．1．1 坐标系统兼容性分析

3．1．2 时间系统兼容性分析

3．2 北斗-GPS卫星坐标解算

3．2．1 MEO卫星坐标解算

3．2．2 GEO卫星坐标解算

3．3 传统单系统导航定位选星算法

3．3．1 最佳几何误差因子法

3．3．2 最大矢端四面体体积法

3．3．3 最大行列式法

3．4 针对北斗-GPS双模定位系统的改进型选星算法设计

3．5 本章小结

4 北斗-GPS双模定位的算法实现

4．1 单系统下用户位置解算

4．2 北斗-GPS双模系统双模解算方法

4．2．1 双模导航系统定位求解方法

4．2．2 权值设置在最小二乘法结果定位结果的影响

4．2．3 北斗-GPS双模导航定位系统的误差来源分析

4．3 本章小结

5 实验分析与验证

5．1 验证实验硬件设备基础

5．2 可见卫星数目分析

5．3 选星算法运算量比较分析

5．4 双模定位精度对比分析

5．5 本章小结

6 结论

参考文献

图目录

表目录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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