基于高程和钟差辅助的卫星导航接收机定位技术研究

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可用性即接收机提供连续定位服务的时间百分比,是卫星导航系统的关键性能指标。在实际应用条件中,遮挡可能导致卫星数不足四颗无法定位,弱信号情况下无法获取完整卫星信号发射时间,概略位置未知情况下无法满足传统辅助式GPS定位方法的要求等等,上述情况均会导致可用性的下降。论文结合辅助导航技术的发展与各种辅助测量器件的应用背景,以提高接收机在实际环境中的可用性为目标,开展基于高程和钟差辅助的卫星导航接收机定位技术的研究,取得以下研究成果:(1)针对传统接收机定位误差传递模型不适用于有高程或钟差参与辅助定位的问题,提出了存在辅助观测条件下的误差传递分析模型。在研究三星结合高程、三星结合钟差、双星同时结合高程和钟差三种辅助定位原理的基础上,利用仿真算例分析了典型遮挡环境下定位精度的分布规律。结果表明,提出的新的误差传递模型可以对辅助定位的精度进行评估,并由此计算伪距与其他辅助信息的最优组合关系,用于指导接收机外部辅助器件的设计与选择。(2)针对传统的A-GPS弱信号定位算法存在首次解算中初次求解速度慢和初始条件中本地概略时间精度要求较高的问题,提出了一种基于北斗二号混合星座条件的A-BDS定位算法。算法提出利用混合星座中IGSO、GEO卫星相对GPS中MEO卫星动态较低和地表接收机高程范围有限两个特点,增加粗解算环节以降低钟差模糊搜索计算量并提升本地概略时间精度。算法性能分析表明,在最不利的情况下,新算法相对传统算法一方面可以将首次解算的计算量减少45.2%,另一方面可以将条件中对概略时钟精度的要求由187.5s放宽至1500s。(3)针对传统的辅助式GPS定位方法在概略位置未知时,存在待验证位置数量巨大而无法快速解算的问题,提出接收机亚毫秒级时间精度条件下的快速辅助式定位方法。首先,提出基于两颗卫星观测数据的概略位置搜索空间构建算法,将最大待检验的位置数量从1.5×107降至400以内。其次,针对传统方法对单个待检验位置点的计算复杂的问题,分别提出基于接收机钟差估计和基于伪距残差估计的两种位置快速搜索方法。仿真结果表明,两种方法对单个待检验位置点的计算量分别降低至传统方法的7.1%和1.3%。论文研究成果已应用于我国自主卫星导航系统的各类型接收机的研制等相关项目中。
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