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基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

赵彦珍  
【摘要】:随着航天技术的不断发展,GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机也从地面接收机发展到星载接收机,其中,大椭圆轨道HEEO(High Elliptical Earth Orbit)接收机的需求越来越大。由于航天器或者卫星的运动速度快,存在高动态问题,会有多普勒频移,信号的捕获跟踪比较困难,因此必须提高星载接收机的灵敏度,这使得接收机的设计难度大。此外,电离层误差是主要的误差源,会严重影响定位的精度,需要使用有效的电离层误差消除方法减小电离层对定位结果的影响。本文的主要工作为:(1)给出了星载GNSS接收机的基本原理及系统组成,着重分析了GNSS接收机的信号捕获、跟踪,以及导航电文的解析方法,通过对导航电文的解析,提取出精确的卫星发射时间。(2)搭建星座模型,仿真分析了高轨星载接收机在不同灵敏度下的可见卫星数,由于高轨星载接收机接收信号难,本文采用了不同卫星系统的组合导航,分别研究了GEO(Geostationary Orbit)轨道和HEEO轨道星载接收机的卫星可见性情况。(3)研究了不同卫星系统组合导航下的几何精度因子(Geometric Dilution Precision,GDOP),分析几何精度因子与可见卫星数及定位精度的关系。几何精度因子与卫星仰角有关,由此提出基于卫星仰角的选星算法,通过实验表明该选星算法使定位精度得到了提高。(4)分析引起接收机定位误差的误差源,其中电离层误差是最主要的误差源。对电离层误差修正进行深入研究,分别研究了电离层误差单频修正、双频修正和三频修正,并分析相应的观测噪声,衡量电离层修正效果和观测噪声之间的关系,选出针对不同系统的最佳电离层修正方法。本课题研究了提高GNSS接收机定位精度的方法,包括多系统组合导航,有效的选星算法以及电离层误差修正。并通过相关实验结果验证其有效性和可行性,为GNSS接收机的研制提供了方法。


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