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GNSS互操作参数及信号性能研究

张小贞  
【摘要】:随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)的发展,美国的GPS,俄罗斯的GLONASS,欧盟的Galileo和中国的北斗共同组成了四大卫星导航系统。多系统的建设与迅速发展使得系统间兼容互操作成为未来各系统和平共处、资源共享、加强市场竞争力和提升用户服务质量的必然手段。 GNSS互操作是以提高导航服务质量为目的,以不显著增加接收机研制成本为前提,通过系统间资源共用来实现的。不显著增加接收机成本就应尽可能降低和削弱系统间的差异性,系统间的差异性主要体现在几个方面:时空参考架、电文、信号、星座。本文以GNSS互操作参数及信号性能研究为重点,展开了GNSS互操作的研究,主要研究内容包括: 1、GNSS互操作参数研究 (1) GNSS互操作广播星历参数分析 时空坐标参考架是卫星导航系统实现导航定位功能的基础,各系统都设计了独立的时空参考坐标系。解决系统间时空参考系的差异是实现GNSS互操作的前提。本文对各系统的时空参考系进行了分析对比,并提出了各系统时间参考框架应归一化到UTC,坐标参考框架应归一化到ITRF的构想,并介绍了各系统时间转换参数,及使用布尔莎七参数模型进行坐标参考架归一化的思想。另外,本文从伪距观测方程入手,分析用户从卫星广播星历中所能获得的星历信息,对星上设备时延、钟差、电离层延迟的修正方法及广播星历中的修正参数进行了分析研究。 (2) GNSS互操作广播星历精度分析 用户从广播星历中获取定位参数,不同的系统广播星历参数不同,那么,分析不同系统广播星历的精度对于提高用户定位精度具有重要意义。本文提出了以系统的广播星历和IGS精密星历之间的误差作为GNSS多系统互操作下的衡量尺度,分析了GPS与北斗系统的广播星历轨道精度、广播星历钟差精度。 (3) GNSS互操作星座GDOP值分析 另外,本文对GNSS互操作星座GDOP值进行了分析,选取了五个地点作为参考点,进行了单系统与多系统下的GDOP值对比分析。此研究为GNSS互操作用户提供了一把标尺,为解决系统间差异性提供了研究思路,对于提高用户服务精度具有重要意义。 2、GNSS互操作信号研究 (1) GNSS互操作信号性能分析 导航信号是卫星导航定位技术中的关键因素,也是目前国内外互操作学者的研究热点,互操作信号的选取及性能直接决定了未来GNSS互操作服务性能。鉴于美国GPS系统和欧盟Galileo系统已将MBOC信号作为双方进行系统间互操作的共同设计基线,并且在GPS系统发展成熟及应用广泛的大背景下,MBOC信号很有可能作为未来全球GNSS互操作信号。因此,对MBOC信号的互操作性能进行分析是非常有必要的。本文介绍了MBOC信号的基本原理,分析了欧美互操作信号TMBOC及CBOC的相关特性、跟踪精度、多径误差等性能。 (2) GNSS互操作信号抗干扰性能分析 GNSS互操作为用户带来的最直观的效应便是空间可视卫星数目的增多,导航信号分布密集。而GNSS互操作是一个多系统空间资源共用的过程,需要联合使用空间多个信号进行导航定位,因此,分析互操作信号的抗干扰性能对于用户获取高精度的服务是十分重要的。本文从信号的频谱分离系数(SSC)、干扰系数、码跟踪误差增量等方面对信号的干扰性能进行了分析。


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