GNSS性能增強(qiáng)技術(shù)研究.pdf

1、在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)得到廣泛應(yīng)用的今天，國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星導(dǎo)航的依賴程度逐漸增大，與此同時衛(wèi)星導(dǎo)航的一些不足之處也日漸受到關(guān)注。在可用性、完好性、定位精度和連續(xù)性這四大指標(biāo)中除連續(xù)性參數(shù)能夠滿足需要外，其他三者都存在不足?？捎眯缘牟蛔泱w現(xiàn)在因星座幾何布局、信號遮蔽等因素造成的信號覆蓋不足，城市與室內(nèi)應(yīng)用受限;完好性的不足體現(xiàn)在尚不能滿足涉及生命安全的特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ν旰眯缘男枨?定位精度不足則是指普通用戶希望能以低廉的成本獲得

2、更高精度的定位服務(wù)。如何基于現(xiàn)有的導(dǎo)航系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施與用戶設(shè)備，改善與提高GNSS綜合服務(wù)性能，是當(dāng)前學(xué)界的研究熱點(diǎn)，也是各導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)供應(yīng)商的工作重點(diǎn)。國際衛(wèi)星導(dǎo)航委員會還專門成立了服務(wù)性能提升工作組，專門討論性能增強(qiáng)相關(guān)問題，致力于尋求解決方案。
　　 本文就GNSS性能增強(qiáng)主題，重點(diǎn)針對可用性、完好性和精度三大指標(biāo)的不足，分別以偽衛(wèi)星為技術(shù)手段，深入研究了偽衛(wèi)星系統(tǒng)及其組網(wǎng)與定位算法，以改善GNSS信號覆蓋的不足，提高可用性

3、;基于星間鏈路及星間測距技術(shù)方案，提出了衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測與星歷增強(qiáng)方法，以提高完好性和精度。論文還提出了一種新型的工作于光學(xué)頻段、基于到達(dá)時間差算法的定位系統(tǒng)理論與方案，以更好得解決室內(nèi)定位的難題。本文的主要研究工作和方法體現(xiàn)在五個方面:
　　 (1)對偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)的理論與應(yīng)用進(jìn)行了梳理，對偽衛(wèi)星應(yīng)用的兼容、定位解算等問題進(jìn)行了分析與探討。
　　 (2)研究了偽衛(wèi)星組網(wǎng)定位算法，提出了獨(dú)立偽衛(wèi)星單點(diǎn)定位算法;設(shè)計(jì)開發(fā)

4、了單體偽衛(wèi)星硬件與組網(wǎng)軟件，搭建了一個偽衛(wèi)星定位的演示驗(yàn)證系統(tǒng)，用于算法驗(yàn)證。
　　 (4)研究了GNSS的完好性，提出了基于星間測距的衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測算法。
　　 (5)研究并提出了基于星間測距的衛(wèi)星自主星歷增強(qiáng)算法。
　　 (6)分析并對比了基于各類不同物理量、不同原理的定位方法，提出了基于到達(dá)時間差的光定位方法，并對其中的相關(guān)理論與實(shí)現(xiàn)問題進(jìn)行了探討。
　　 本論文研究的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在

5、以下幾個方面:
　　 (1)提出了獨(dú)立偽衛(wèi)星單點(diǎn)定位算法連同所需的初始化方法，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。該算法開拓了偽衛(wèi)星的新應(yīng)用領(lǐng)域，同時還具有延伸到基于各種機(jī)會信號SOOP定位應(yīng)用的潛力。
　　 (2)獨(dú)立研制了一套包括完整軟、硬件的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)，既能用于構(gòu)建具有實(shí)用價值的室內(nèi)外定位系統(tǒng)，還能夠用以研究與驗(yàn)證各類相關(guān)的偽衛(wèi)星定位技術(shù)與算法。
　　 (3)提出了基于星間鏈路的衛(wèi)星自主完好性監(jiān)測算法，

6、給出了推導(dǎo)、方法以及性能指標(biāo)。該算法能夠與地面完好性監(jiān)測、用戶自主完好性監(jiān)測等方法一同提高衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性。
　　 (4)提出了基于星間鏈路的衛(wèi)星自主星歷增強(qiáng)算法，給出了推導(dǎo)、方法與仿真結(jié)果。該算法能夠在不依賴地面監(jiān)測站的前提下，顯著提高衛(wèi)星星歷精度。
　　 (5)提出了利用光學(xué)頻段進(jìn)行到達(dá)時間差方法的室內(nèi)定位。分析了使用光學(xué)頻段的優(yōu)勢，并針對其特點(diǎn)探討了系統(tǒng)方案、所使用的測距碼以及接收處理方案等問題。
　　

7、 基于上述研究內(nèi)容，本論文的研究結(jié)論包括:
　　 (1)偽衛(wèi)星系統(tǒng)作為GNSS系統(tǒng)的增強(qiáng)與補(bǔ)充，能夠發(fā)揮很大的作用，在室內(nèi)、城市等應(yīng)用場合，提供與GNSS相當(dāng)甚至更優(yōu)的定位能力。
　　 (2)利用GNSS衛(wèi)星所擁有的星間測距功能，通過論文所給的自主完好性監(jiān)測算法，能夠在星座間實(shí)現(xiàn)自主監(jiān)測，進(jìn)一步提高完好性;在進(jìn)行自主星歷增強(qiáng)時，可將用戶等效定位誤差(URE)由1.05m降至0.34m。
　　 (3)基于光頻段的室