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伪卫星与北斗卫星导航系统组合定位技术研究与实现

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摘要

第1章 绪论

1.1 伪卫星与北斗卫星导航系统概述

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外发展现状

1.4 本文研究内容及安排

1.5 本章小结

第2章 伪卫星与北斗卫星组合系统

2.1 伪卫星导航系统组成及信号结构

2.1.1 伪卫星导航系统组成

2.1.2 信号频率与调制方式

2.1.3 测距码参数的设计

2.1.4 导航电文参数的设计

2.2 伪卫星的工作模式

2.3 北斗卫星导航系统组成及信号结构

2.3.1 北斗卫星导航系统组成

2.3.2 北斗卫星导航信号的结构

2.4 接收机的基本框架

2.5 本章小结

第3章 组合定位原理及关键问题分析

3.1 伪卫星独立定位原理

3.1.1 双曲线定位原理

3.1.2 定位方程的建立

3.2 北斗卫星及组合定位原理

3.2.1 北斗卫星位置的计算

3.2.2 伪距的测量及修正量

3.2.3 组合定位原理及方程建立

3.3 组合定位的关键问题

3.3.1 时间同步

3.3.2 远近效应

3.3.3 多路径效应

3.4 本章小结

第4章 定位算法与精度分析

4.1 常用坐标系及其转换

4.1.1 地心地固直角坐标系与大地坐标系

4.1.2 地心地固直角坐标系与站心坐标系

4.2 定位算法及解算

4.2.1 牛顿迭代及其线性化方法

4.2.2 最小二乘法

4.2.3 伪卫星独立定位解算

4.2.4 组合定位解算

4.3 定位算法仿真

4.4 定位精度分析

4.4.1 精度因子

4.4.2 伪卫星对精度因子改善分析

4.5 本章小结

第5章 组合定位系统实现

5.1 实现平台介绍

5.2 定位模块的实现

5.3 DSP程序设计

5.3.1 程序初始化

5.3.2 程序主流程控制

5.3.2 中断处理

5.4 定位结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢

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摘要

伪卫星的应用主要集中在辅助增强卫星导航系统和独立组网实现区域定位两个方面。我国研制的北斗二代卫星导航系统已在2012年年底开始试运行,已经具备了无源定位服务。作为新建成的系统,北斗系统鉴于星座构型方面的限制,在某些对精度有较高要求和信号容易受到遮挡而无法满足定位需求的场景中,就会存在定位精度不佳和无法有效定位的情况。增设伪卫星进行组合定位或者伪卫星独立组网进行单独定位是解决上述情况的有效途径。因此,研究有伪卫星参与的定位技术对提高北斗卫星导航系统的精确性、有效性以及可靠性具有十分重要的意义。
  论文从伪卫星独立组网定位模式和伪卫星与北斗卫星导航系统组合定位模式出发,首先介绍伪卫星与北斗卫星组合系统的组成及信号结构;其次,依据伪卫星独立定位原理以及伪卫星与北斗卫星组合定位原理建立定位方程,利用牛顿迭代法与最小二乘法对定位方程进行解算,通过MATLAB仿真软件对算法进行仿真验证;然后针对提高定位精度的需求,对影响系统定位精度的精度因子作了研究,分析了伪卫星对于精度因子的改善作用,并通过观测的实时数据,计算增设伪卫星前后系统的精度因子,进行了对比分析;,最后,将伪卫星与北斗卫星独立定位和组合定位算法在FPGA与DSP平台上实现,并对所得的定位结果进行了精度分析。研究表明,在伪卫星独立组网模式和伪卫星与北斗卫星组合模式下能够进行有效定位,且伪卫星与北斗卫星导航系统组合后能够有效地改善几何精度因子,提高了组合后系统的定位精度,也增强了系统的可靠性。这对伪卫星成功应用到北斗卫星导航系统中具有一定参考意义。

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