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基于非线性滤波技术的GPS伪距定位算法研究

刘冰野  
【摘要】:卫星导航系统可以提供统一的时空基准信息,涉及到国民经济的各个方面。用卫星导航接收机进行用户定位的方式具有适用性强,快速高效,应用范围广等优势,发展潜力巨大。出于对更高精度定位方式的迫切需求,国内外学者对卫星定位的相关技术开展了重点研究。本课题以中电五十四所卫星导航产品认证中心建设项目为平台,对基于伪距观测量的卫星定位解算算法进行研究,以实测数据完成算法性能的对比分析。本文的主要内容可以分为以下四个部分:首先,卫星定位属于无源定位方式在卫星导航系统中的应用,本文在明确国内外研究现状的基础上首先分析了无源定位系统的发展趋势及存在的问题,然后重点对卫星导航系统的组成,信号结构,时空坐标系以及观测文件的读取方式等需要明确的基本问题进行说明。其次,阐述了卫星位置解算的方式,通过读取接收机实测文件完成了对卫星空间位置和伪距测量值的仿真。并对伪距单点定位方式中存在的常见误差来源及其对定位结果产生的干扰进行分析和修正,为利用修正后的伪距测量值对用户位置进行更精确的解算打下基础。然后是对定位解算算法的研究。这部分首先用基于伪距观测量的最小二乘定位方式来完成用户位置计算,该方式没有考虑卫星仰角差异对测距精度的影响,对此通过引入权系数矩阵的方式调整代价函数,减小非等精度观测导致的定位误差。针对最小二乘和加权最小二乘算法采用频域设计方式,不同时刻定位结果互相孤立导致误差增大的问题,引入时域设计方式的卡尔曼滤波,明确了该方式进行卫星定位的流程。并针对卫星导航系统的强非线性特点对卡尔曼滤波在非线性下的改进方式进行比较并选择了无迹卡尔曼滤波方式,在建立观测模型和状态模型后用无迹卡尔曼滤波完成定位解算过程。在本文的最后,先是对三种定位算法(最小二乘法,加权最小二乘法,无迹卡尔曼滤波算法)进行理论性能分析,说明它们各自的优势。然后在考虑到定位误差源修正的前提下,从相同的接收机文件中用三种算法解算出用户位置,将结果与精密星历确定的用户位置进行比较,通过误差分析得出了算法性能比较结果,无迹卡尔曼滤波方式更适用于对定位精度要求较高的场合,仿真结果与理论分析结论相符合,达到了预期的效果,为卫星伪距定位算法的研究提供了参考,也对卫星导航系统的建设具有一定的价值。


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