GPS-GALILEO組合導(dǎo)航定位關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、經(jīng)過近二十年的發(fā)展，GPS（Global Positioning System）已經(jīng)成為人們獲取高精度位置信息的重要渠道。然而人們對位置服務(wù)的要求在不斷提高，GPS單系統(tǒng)導(dǎo)航定位已經(jīng)越來越難以滿足這一要求。隨著上世紀(jì)末歐盟GALILEO計劃的正式啟動，利用GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位來實現(xiàn)更高精度和可靠性的定位導(dǎo)航服務(wù)便成為人們關(guān)注和研究的焦點。然而，目前對GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位技術(shù)的研究還不夠系統(tǒng)和深入，在國內(nèi)尤為如

2、此。鑒于此，本論文針對GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位中的關(guān)鍵技術(shù)作了較為系統(tǒng)的研究，旨在跟蹤衛(wèi)星組合導(dǎo)航定位的國際前沿技術(shù)，為GPS/GALILEO雙模接收機的研制提供理論支持。本論文的研究內(nèi)容及成果主要有以下四個方面： 提出了一種能同時適用于GPS信號和GALILEO信號的多路徑抑制技術(shù)。首先分析GPS/GALILEO多路徑信號對于接收機信號跟蹤環(huán)路的影響，通過仿真證明了由于多路徑信號的存在，將使得接收機碼跟蹤環(huán)路對直接信

3、號的相位測量產(chǎn)生偏差，進而影響定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過對窄相關(guān)器法和濾波相關(guān)器法的研究，發(fā)現(xiàn)這兩種常規(guī)方法雖然能對GPS信號的多路徑抑制發(fā)揮較好的作用，但對GALILEO E1多路徑信號的抑制效果卻并不理想。針對GALILEO信號的碼跟蹤特點，本文在濾波相關(guān)器法的基礎(chǔ)上提出了一種新的多路徑抑制技術(shù)——遲早濾波相關(guān)器法（ELSC：Early-Late Strobe Correlator）。ELSC的特點是對多個濾波相關(guān)器進行組合，以改善碼跟

4、蹤環(huán)路對于GALILEO E1信號的多路徑抑制性能。仿真結(jié)果表明ELSC能較好地抑制GALILEO E1信號的多路徑效應(yīng)，同時對于GPS信號的多路徑抑制性能也明顯優(yōu)于窄相關(guān)器法和濾波相關(guān)器法。 研發(fā)出GPS/GALILEO衛(wèi)星星座分析和組合性能仿真軟件，針對目前尚無法采集到GPS L5和GALILEO實際觀測數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，在國內(nèi)首次開發(fā)出GPS和GALILEO觀測數(shù)據(jù)仿真工具。為了能真實再現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的誤差干擾情況，本文對觀測數(shù)據(jù)的

5、幾項主要誤差——電離層誤差、對流層誤差、多路徑誤差和接收機噪聲等進行了實時模擬。在對電離層的模擬中，采用了歐空局推薦的電離層誤差模型——NeQuick模型，使得模擬得到的電離層誤差變化不管是在時間上還是在空間上都具有更高的分辨率。通過推算衛(wèi)星信號在大氣中的傳播時間，對偽距和載波相位觀測值進行了模擬；通過推算接收機和衛(wèi)星之間的相對位置和相對速度，對多普勒觀測值進行了模擬。最后仿真生成了RINEX（Receiver Independent

6、Exchange Format）3．0的GPS/GALILEO組合觀測文件。 對GPS/GALILEO組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理算法進行了研究，分析和比較了GPS/GALILEO組合系統(tǒng)相對于GPS或GALILEO單系統(tǒng)的完好性和定位性能。列出GPS/GALILEO通用觀測方程，分析GPS/GALILEO的兩種單頻雙差組合方案，并推導(dǎo)出其組合的矩陣表達形式。對GPS/GALILEO的多頻數(shù)據(jù)組合進行了初步探討，分析了組合系數(shù)對于組合性能的

7、影響。對GPS/GALILEO組合觀測方程中的主要誤差進行了分析。對GPS/GALILEO完好性的RAIM（Receiver Autonomous Integrity Monitoring）算法及其門限設(shè)定作了討論和研究，分別仿真得到了GPS、GALILEO、GPS/GALILEO三種模式下的RAIM全球可用性，結(jié)果表明GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位的RAIM可用性非常理想。本論文同時也對GPS/GALILEO組合星座的DOP（Di

8、lution of Precision）值和系統(tǒng)可用性進行了研究和仿真。最后通過組合算法對GPS/GALILEO仿真觀測數(shù)據(jù)進行了定位解算，結(jié)果表明GPS/GALILEO組合能大幅度提高定位精度。 對GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位中的載波相位模糊度固定技術(shù)進行了研究，提出了一種更加合理的模糊度搜索空間確定方法。分析了LAMBDA（Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment

9、）方法的矩陣變換和模糊度迭代搜索原理。對模糊度固定成功率進行了分析，并對GPS、GALILEO、GPS/GALILEO三種模式下的單基線模糊度固定成功率進行了仿真。通過實驗發(fā)現(xiàn)了LAMBDA中常規(guī)的搜索空間確定方法在GPS/GALILEO組合模糊度固定中的不合理性。針對GPS/GALILEO組合導(dǎo)航定位中模糊度向量具有更高維數(shù)的特點，本文提出了一種更加適用于高維模糊度固定的搜索空間確定方法——修正法確定搜索空間。仿真結(jié)果表明該方法能保證