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RDSS导航业务处理分系统是“北斗二号”地面运控系统中的重要组成部分,主要任务是完成用户定位、定时、通信、特殊用户服务及位置报告等业务处理。为了满足“北斗二号”RDSS导航业务处理分系统应用服务的精度要求以及其无源导航拓展应用的需求,本文重点分析研究了RDSS导航业务处理分系统中的高精度授时、定位、高可靠系统状态评估和RDSS无源定位等关键理论和技术,提出相应工程实现解决方法和措施,并在“BD-2地面运控系统主控站RDSS业务处理分系统”国防科研项目中进行了实现和验证。得到具有创新意义的结果如下:
(1)GEO卫星轨道标准化的处理方法。对常规GEO卫星轨道标准化处理方法进行了分析和实验,提出了适合于RDSS导航业务处理分系统的切比雪夫多项式自适应拟合方法,进行了具体的算法设计实现,并对该方法在RDSS业务处理分系统中的应用进行了分析说明和实验验证,证明了其相比已有方法具有更加优良的性能。
(2)高精度单向授时方法。考虑到在RDSS业务处理分系统中,单向授时的精度设计指标比“北斗一号”系统要提高一倍,以及用户无源定位等拓展应用,现有的单向授时算法与误差修正方法从精度上难以保证理想的应用效果。因此,提出一种全新的保证单向授时精度的方法。利用计算机模拟的观测数据和系统实测数据进行验证,证明了该定位算法和误差修正方法的可行性和有效性。
(3)高精度定位方法。针对传统“北斗一号”定位算法在RDSS应用上的不足,提出了利用最小二乘原理的站心交会定位算法,消除了高程观测方程泰勒展开式不严格所带来的不利影响,提高了定位精度。另外,单纯沿用“北斗一号”系统中的定位误差修正技术已经完全不能满足RDSS需要,本文通过对RDSS定位技术的深入研究,提出了更为适合RDSS定位的误差修正模型。利用计算机模拟的观测数据和系统实测数据进行测试,证明了该定位算法和误差修正方法的可行性和有效性。
(4)RDSS五星无源定位技术。对五星无源定位的原理、误差进行了全面的分析和研究。提出了优化的五星无源定位方法,并比较了不同倾角GEO卫星定位误差与放大系数的关系,经仿真验证,该方案能够有效改善服务区内的定位几何结构,从而验证了该项技术的正确性。
(5)RDSS五星加罗兰C组合无源定位技术。为确保无源定位精度和鲁棒性,提出利用我国有自主控制权的“长河二号”罗兰C陆基无线电导航系统实现RDSS组合无源定位系统。经仿真验证,利用该组合无源定位技术,是有效可靠的。
(6)高可靠系统状态评估方法。在“北斗一号”信息业务处理分系统中,并未对系统形成一个有效可靠的系统评估。本文结合RDSS业务处理分系统的实际需求,提出了基于模糊综合评判原理的系统评估方案。将模糊集理论应用于影响RDSS系统评估因素的处理,并利用其集体评价功能对系统进行综合评判,保证了评估结果的准确性和客观性。
本文研究的RDSS业务处理分系统高精度定位、授时以及高可靠系统状态评估方法是完全自主开发的,并已在“北斗二号”系统的建设中得到了应用,同时也可作为“北斗一号”、“北斗二号”系统无源应用的基础技术,有着广阔的应用前景。