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多星座卫星组合导航技术研究

吴玲  
【摘要】: 高性能航空导航是新一代国家空管系统的关键技术,实时获取飞机的高精度位置、速度和姿态等导航信息是民航运输安全运行的可靠保证。卫星导航系统以其全天候、高精度、高效益以及性能好等特点在我国民用航空导航中占有重要地位。根据新一代国家空管系统对民航客机导航性能的要求,本文提出了由GPS、GLONASS和GALILEO卫星导航系统相互辅助的多星座组合导航的设计思想。 首先,本文介绍了组合导航系统中各个卫星星座的特点,讨论了针对各个卫星星座系统之间不同点的解决方案,通过建立卫星运动方程进行了相关的星座仿真,解决了卫星定位和组合定位的首要问题:可见星的判断和不同卫星星座的时空统一。 其次,本文从可见卫星数目和几何精度因子两个方面分析了单星座导航系统及多星座组合导航系统在我国不同纬度城市以及同一城市不同高度角下的定位性能,利用最小二乘算法对单星座导航系统及多星座组合导航系统在动态绝对定位模型下的定位误差进行了仿真研究。 再次,本文研究了高动态情况下的卫星定位滤波,提出了基于机动载体“当前”统计模型的卡尔曼滤波算法,为了改善滤波器的动态性能,研究了自适应卡尔曼滤波算法,并为了获得高性能的滤波跟踪能力,对算法进行了改进,设计了多星座组合导航联合卡尔曼滤波器,对GPS系统和GPS/GLONASS/GALILEO组合导航系统进行了各种算法仿真,验证了算法的有效性。本文对多星座组合导航技术展开了研究,对多星座组合导航定位性能和高动态环境下的卡尔曼滤波算法进行了研究,实现了多星座组合导航联合卡尔曼滤波。 通过本文的研究表明,多星座组合导航系统可见星数目大大增加,几何精度因子减小,改善了定位性能,自适应卡尔曼滤波算法增强了滤波跟踪能力,改善了滤波效果,提高了定位精度。


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