【摘 要】
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本文针对低轨卫星导航增强技术,研究了历元间差分相位计算历元间位置差,构造高精度运动模型,通过卡尔曼滤波处理实现低轨卫星定轨的方法——历元间差分结合双频载波消电离层组合观测量的定轨方法。该方法对单点定位也具有适用性。进一步研究了适合低轨卫星的广播星历参数拟合。利用低轨卫星播发广播星历,可以与导航系统结合,增强地面站和卫星间的几何构型,使得地面用户在复杂的环境中也可以获得导航系统提供的可信、连续的位置
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本文针对低轨卫星导航增强技术,研究了历元间差分相位计算历元间位置差,构造高精度运动模型,通过卡尔曼滤波处理实现低轨卫星定轨的方法——历元间差分结合双频载波消电离层组合观测量的定轨方法。该方法对单点定位也具有适用性。进一步研究了适合低轨卫星的广播星历参数拟合。利用低轨卫星播发广播星历,可以与导航系统结合,增强地面站和卫星间的几何构型,使得地面用户在复杂的环境中也可以获得导航系统提供的可信、连续的位置信息,提高定位精度。主要工作及成果如下:1.使用香港大地测量观测站1s采样率的GPS数据验证该方法对单点定位的适用性,经过实验验证和分析,得出结论:该方法滤波收敛时间在21min左右,定位结果精度在E、N和U方向上表达,各方向RMS值分别是0.61m、0.21m和0.52m,三维位置方向RMS是0.83m。与传统双频伪距单点定位法相比,定位结果精度在各方向上分别提高了29.07%、72.37%和77.68%。该方法使用双频组合观测量,定位结果显示使用载波比伪距的定位结果精度有明显提升,在E、N和U方向上改进幅度为14.08%、66.13%和70.11%。2.使用“天绘一号”卫星的实测数据验证该方法对低轨卫星定轨的适用性。经过实验验证和分析,得出结论:该方法滤波收敛时间在20min左右,该方法的定轨结果精度在R、T和N方向上表达,各方向RMS可分别为0.62m、0.74m和0.84m,三维位置方向RMS值为1.32m。与双频伪距单点定位法定轨结果相比,分别提高了75.0%、73.1%、77.7%和75.8%;与历元间双频载波相位差分和双频伪距消电离层观测量组合定轨法相比,各方向改进幅度为39.80%、26.73%、54.35%和45.30%。对年积日315～318天的期望精度序列收敛时间进行统计,该方法的收敛时间比改变位置差权比实验的收敛更快。3.卫星通过播发广播星历将轨道信息传送给地面用户,参考GPS16参数的广播星历结合轨道根数周期项分析,研究了10参数、16参数和22参数的广播星历。拟合结果表明:22参数相比于10参数和16参数拟合结果精度有明显提高。采用22参数对低轨数据进行拟合,实验结果显示:拟合时长为15min,URE优于3cm,10min拟合时长URE优于0.5cm。参考GPS16参数的高轨卫星广播星历播发时间间隔为2小时,而其运行周期为12小时。“天绘一号”低轨卫星运行周期为96min,并且需要保证用户拟合精度,建议采用拟合时长为15min。
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