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GPS/GLONASS组合定位及RAIM研究

作　者: 任锴
导　师: 杨力
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 全球导航卫星系统 GPS/GLONASS组合单点定位 RAIM 故障识别卡尔曼滤波
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文首先着重对GPS以及GPS/GLONASS组合定位中的理论和方法进行了研究,其次对基于伪距的接收机自主完好性监测算法进行了研究,在理论介绍的基础上,进行了实际观测数据的计算分析,部分内容进行了仿真试验,主要工作概括如下:1,介绍了GPS卫星导航系统概况,以及利用伪距观测进行单点定位、多普勒观测进行测速的基本原理。分析了精密单点定位理论中关于精密星历的处理方法,介绍了常用的高精度误差改正模型,推导了结合参数消去法的综合利用历史数据的最小二乘序贯平差方法,指出了可进一步提高伪距单点定位精度的研究方向。通过实际数据的分析,得出了一些结论,具有一定的实用价值。2,介绍了GLONASS卫星导航系统的概况,针对与GPS伪距定位的异同点进行了深入阐述,对星历计算进行了比较研究;对GPS/GLONASS组合单点定位方法进行了研究,利用Helmert方差分量估计理论解决了两类观测量合理定权的问题,提高了组合定位的计算精度;通过实际算例的分析,得出了一些结论,具有一定的现实意义。3,介绍了RAIM的一些基本概念,对不同RAIM可用性判定方法进行了比较,利用GPS、GLONASS广播星历提供的卫星实际星座,对一定区域的GPS、GLONASS单系统、组合系统的时空可用率进行了仿真,绘制了RAIM空洞图,为RAIM可用性预报提供了可视化手段。4,介绍了基于残差的粗差探测理论,是理解RAIM故障探测、排除方法的基础;对传统的基于“快照”的RAIM算法进行了介绍,研究了多故障探测的拟准检定法(QUAD)在RAIM中的应用问题;对不同故障类型以及多种RAIM故障检测、排除方法进行了仿真,得出了一些结论,具有一定的现实意义。5,介绍了经典Kalman滤波理论,重点分析了新息向量的性质,对在RAIM算法中利用新息向量的一些问题进行了研究,并通过算例仿真验证了其可行性。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状和发展动态  10-12
  1.3 本文研究的主要内容和意义  12-13
第二章 GPS定位、测速原理  13-26
  2.1 GPS卫星导航系统概述  13-20
    2.1.1 简介  13-14
    2.1.2 时间系统和坐标系统  14-20
    2.1.3 GPS观测量  20
  2.2 GPS单点定位、测速基本原理  20-25
    2.2.1 GPS单点定位原理  21-24
    2.2.2 GPS测速原理  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章提高GPS单点定位精度的方法  26-40
  3.1 精密星历应用  26-28
    3.1.1 切比雪夫插值法  26-27
    3.1.2 拉格朗日插值法  27-28
  3.2 高精度误差改正模型  28-30
  3.3 数据综合处理  30-32
    3.3.1 参数消去法原理  30-31
    3.3.2 静态序贯最小二乘平差原理  31-32
  3.4 算例与结论  32-39
    3.4.1 精密星历不同插值方法比较  32-35
    3.4.2 双频P码伪距定位结果分析  35-37
    3.4.3 最小二乘序贯平差解  37-38
    3.4.4 编写的GPS定位程序界面  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 GLONASS卫星导航系统及组合定位方法  40-58
  4.1 GLONASS卫星系统概述  40-46
    4.1.1 简介  40-43
    4.1.2 GLONASS系统的现代化  43-44
    4.1.3 时间系统和坐标系统  44-45
    4.1.4 GLONASS空间段完好性监测  45-46
  4.2 GLONASS导航、定位方法  46-49
    4.2.1 卫星运动方程  46-47
    4.2.2 数值积分方法  47-49
  4.3 GPS/GLONASS组合导航、定位方法  49-51
    4.3.1 基本原理  49-50
    4.3.2 时间、坐标系统一  50
    4.3.3 权比确定  50-51
  4.4 Helmert方差分量估计  51-52
    4.4.1 严密公式  51-52
    4.4.2 简化公式  52
    4.4.3 计算步骤  52
  4.5 算例与结论  52-56
    4.5.1 GLONASS单点定位精度分析  52-54
    4.5.2 GPS/GLONASS组合单点定位精度分析  54-56
    4.5.3 自编程序界面  56
  4.6 本章小结  56-58
第五章接收机自主完好性监测（RAIM）算法  58-85
  5.1 RAIM相关量基本概念  58-61
    5.1.1 几种概率间关系  58-59
    5.1.2 用户等效距离误差  59-60
    5.1.3 飞行航段及基本要求  60-61
    5.1.4 RAIM性能评定  61
  5.2 RAIM可用性判定  61-69
    5.2.1 可用性判定方法  62-64
    5.2.2 数值仿真  64-69
  5.3 RAIM故障检测与排除  69-82
    5.3.1 故障检测与排除常用方法  69-73
    5.3.2 巴尔达粗差检验理论  73-76
    5.3.3 拟准检定法的原理  76-77
    5.3.4 仿真试验  77-82
  5.4 RAIM计算流程  82-83
  5.5 本章小结  83-85
第六章 Kalman滤波在RAIM中的应用  85-93
  6.1 Kalman滤波  85-87
    6.1.1 动力学模型和观测模型  85-86
    6.1.2 Kalman滤波一般解算原理  86-87
  6.2 新息向量及其性质  87-88
  6.3 观测异常的检测  88-89
    6.3.1 统计检测量设计  88-89
    6.3.2 新息检测法检测门限的确定  89
  6.4 仿真算例  89-92
  6.5 本章小结  92-93
第七章总结与展望  93-95
  7.1 总结  93-94
  7.2 可进一步开展的工作  94-95
参考文献  95-99
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  99-100
致谢  100

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