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星载双频GPS精密定轨及精度评估方法研究

涂先勤  
【摘要】: 本文结合最近几年来国外低轨卫星GPS定轨技术的最新发展情况,研究了基于双频GPS测量技术的低轨卫星精密几何定轨问题,建立了低轨卫星GPS定轨的仿真平台,并用之作为关键技术的验证手段,研究了旨在获得分米精度的快速几何定轨算法和结果精度评估方法。本文主要工作如下: 首先,结合CHAMP卫星实例数据,分析了低轨卫星所处的空间环境对GPS信号的影响,研究了6PS卫星星座和LEO卫星星座的摄动运动问题和星载GPS观测误差模型问题,建立了低轨卫星GPS测量信号仿真平台。在信号仿真中,研究了利用二体运动和摄动法计算LEO卫星至GPS卫星星座的几何距离的问题;在信号的误差模型中,研究了电离层时延的IRI2001模型和单层投影模型;讨论了观测误差、多径效应、相对论效应和天线相位中心偏移的误差模型;结合电子测量噪声的具有自相关特性的经验,研究了观测误差的AR模型;结合实测数据分析,讨论了接收机钟差和卫星钟差的误差建模问题。此外,还讨论了由于GPS信号散射角、地球遮挡等产生的几何可见性问题。 其次,在定性分析比较了包括动力学定轨、运动学定轨、几何学定轨和混合定轨等多种定轨策略的基础上,研究了星载GPS数据的预处理问题和伪距相位历元差定轨方法。利用仿真数据研究了利用差分法和光滑样条法识别星载GPS异常数据的问题,讨论了Blewitt法应用于星载GPS数据周跳探测的条件。按照实现简洁、精度符合要求的优选标准,研究了利用伪距和载波相位历元差快速几何定轨方法,给出了仿真计算结果,分析了等各种因素对于最终结果的影响,讨论了权因子选取问题。 最后,讨论了GPS精密定轨结果的精度评定问题,研究了内符合精度和外符合精度的评价准则和方法。讨论了在各向等误差特性假设下,使用卫星激光测距评价GPS精密定轨结果方法。


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