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基于星載GPS的編隊(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí)高精度相對定軌算法研究
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資料類別
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電子電工畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專業(yè))
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大地測量學(xué)與測量工程 |
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關(guān)鍵詞
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編隊(duì)衛(wèi)星|載 GPS |
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適用年級
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研究生 |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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發(fā)布時(shí)間
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2019-02-19 08:52:00 |
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| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡介：
基于星載GPS的編隊(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí)高精度相對定軌算法研究，碩士學(xué)位論文，共30頁，14664字。
摘 要
多顆小衛(wèi)星編隊(duì)飛行代替單大是航天領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢，也實(shí)現(xiàn) 多顆小衛(wèi)星編隊(duì)飛行代替單大是航天領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢，也實(shí)現(xiàn) InSARInSAR InSAR 以及重力場反演等科學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)，而小衛(wèi)星相對位置精確定 以及重力場反演等科學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)，而小衛(wèi)星相對位置精確定 以及重力場反演等科學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)，而小衛(wèi)星相對位置精確定 以及重力場反演等科學(xué)任務(wù)的關(guān)鍵性技術(shù)，而小衛(wèi)星相對位置精確定 是編隊(duì)飛行 重要的基本問題之一 。編隊(duì)飛行的實(shí)時(shí)高精度相對定軌技術(shù)既能滿足 飛行任務(wù)的實(shí)時(shí)性，也是未來現(xiàn)收發(fā)分置空基雷達(dá)、虛擬天線陣列等技術(shù)前 飛行任務(wù)的實(shí)時(shí)性，也是未來現(xiàn)收發(fā)分置空基雷達(dá)、虛擬天線陣列等技術(shù)前 飛行任務(wù)的實(shí)時(shí)性，也是未來現(xiàn)收發(fā)分置空基雷達(dá)、虛擬天線陣列等技術(shù)前 提。國內(nèi)對 于實(shí)時(shí)高精度相定軌的研究提。國內(nèi)對 于實(shí)時(shí)高精度相定軌的研究較晚 ，短基線 ，短基線 編隊(duì)實(shí)時(shí)定軌 仍然停 留在利用偽距觀測值階段 ，對于中長基線仍模擬驗(yàn)證留在利用偽距觀測值階段 ，對于中長基線仍模擬驗(yàn)證，距 離工程應(yīng)用差，距 離工程應(yīng)用差較大，需要進(jìn)一步的深入研究 較大，需要進(jìn)一步的深入研究 。因此， 本文在動力學(xué)模型約束下，以軌道高度為 本文在動力學(xué)模型約束下，以軌道高度為 460km -480km 、基線長約為 、基線長約為 190km 的 GRACE 衛(wèi)星實(shí)測數(shù)據(jù)為例 ，基于單差無電 ，基于單差無電 離層相位觀測值 和 UD 濾波 ，實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)相對定軌 軟件 RPODRPODRPOD ，為相關(guān)研究 和工程應(yīng)用提供了參考 。
為了實(shí)現(xiàn) 上述 目的，本文針對影響 目的，本文針對影響 實(shí)時(shí) 相對定軌的三個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了 較為 細(xì)致的 研究：一是 研究：一是 研究分析了 影響相對定軌結(jié)果的各項(xiàng)觀測值誤差，包括電離層 影響相對定軌結(jié)果的各項(xiàng)觀測值誤差，包括電離層 誤差 、廣播星歷誤差 、廣播星歷、參考站位置誤差 、參考站位置誤差 、接收機(jī)鐘差 ；二是通過絕對力學(xué)模型求 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 差來獲得“相對力學(xué)模型”，以控制觀測 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 值質(zhì)量，約束相對軌道精度； 三是 設(shè)計(jì) 優(yōu)化了 參數(shù)估計(jì)策略 ，本文采取單差相位法 ，在 UD 濾波器的基礎(chǔ)上 ，利用一階 利用一階 高斯馬爾科夫過程的 RTNRTN 方向補(bǔ)償加速度來相 對力學(xué)模型的不足，并將對接收機(jī)鐘差以隨游走過程 及鐘差速模型 近似。
具體研究內(nèi)容 和結(jié)論 如下 ：
（1） 較為系統(tǒng)地研究了實(shí)時(shí)相對定軌的觀測模型、誤差力學(xué)和數(shù)據(jù) 較為系統(tǒng)地研究了實(shí)時(shí)相對定軌的觀測模型、誤差力學(xué)和數(shù)據(jù) 較為系統(tǒng)地研究了實(shí)時(shí)相對定軌的觀測模型、誤差力學(xué)和數(shù)據(jù) 預(yù)處理方法。 比較了 已有的各種 相對定軌方法， 闡述了 單差相位法的優(yōu)缺 點(diǎn)，進(jìn)而提出了基于單差相位觀測值作為實(shí)時(shí)對定軌模型的現(xiàn)方 ，進(jìn)而提出了基于單差相位觀測值作為實(shí)時(shí)對定軌模型的現(xiàn)方 案；分析了 電離層 延遲誤差 、廣播星歷誤差 、廣播星歷誤差 、參考站位置誤差 、參考站位置誤差 、接收機(jī)鐘 差等對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 對相定軌結(jié)果精度的影響 ,進(jìn)而分析了 進(jìn)而分析了 進(jìn)而分析了 進(jìn)而分析了 進(jìn)而分析了 在當(dāng)前 的誤差影響下 誤差影響下 誤差影響下 誤差影響下 誤差影響下 實(shí)現(xiàn) 高 精度實(shí)時(shí)相對定軌的可能 性；研究給出 了實(shí)時(shí) 相對定軌的觀測模型，分析 相對定軌的觀測模型，分析 了不同 預(yù)報(bào)時(shí)長 、重力場階數(shù)下相對學(xué)模型 、重力場階數(shù)下相對學(xué)模型 短期 預(yù)報(bào)精度， 結(jié)果顯示 為 了實(shí)現(xiàn)高精度相對定軌，重力場階數(shù)應(yīng)不低于 了實(shí)現(xiàn)高精度相對定軌，重力場階數(shù)應(yīng)不低于 15x15 15x15 階；簡要介紹了 本文 所采用的適于 單差觀測值的偽距粗探、 相位 周跳探測的方法，并 周跳探測的方法，并 針 對實(shí)時(shí)相定軌的特點(diǎn)，采用 對實(shí)時(shí)相定軌的特點(diǎn)，采用 相對力學(xué)模型 來對偽距觀測值 進(jìn)行 質(zhì)量 控制 。
（2） 編程實(shí)現(xiàn)了基于單差相位模型和 UD濾波的星載 濾波的星載 GPS 實(shí)時(shí)相對定軌軟件， 并基于 廣播星歷和 實(shí)測的 長基線 GRACE A/B GRACE A/B 衛(wèi)星編隊(duì)數(shù)據(jù)開展了實(shí)時(shí)相 對定軌模擬計(jì)算與分析。結(jié)果顯示， 對定軌模擬計(jì)算與分析。結(jié)果顯示， 同 JPL JPL發(fā)布的事后 發(fā)布的事后 精密 軌道 比較 ，分 別采用 直接差分法、單偽距相位的 直接差分法、單偽距相位的 直接差分法、單偽距相位的 GRACE 實(shí)時(shí)相對定軌三維位置精度分別為： 位置精度分別為： 位置精度分別為： 0.55m 0.55m 、0.41m 、0.11m 0.11m ，說明 采用 本文 的相位 的相位 單差 定 軌方案可以 實(shí)現(xiàn)高精度 的實(shí)時(shí)相對定軌 ，其 R、T、N三個(gè)方向 位置 精度 RMSRMS 分別為 5cm 、6cm 、7cm ，與國際上利用廣播星歷 ，與國際上利用廣播星歷 ，與國際上利用廣播星歷 的無電離層載波相 位雙差法的精度相當(dāng)。
（3） 在比較分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了相對定軌策略。為給出適合于 GRACE 實(shí)時(shí)相對定軌的最優(yōu)處理策略，本文 實(shí)時(shí)相對定軌的最優(yōu)處理策略，本文 通過 設(shè)計(jì) 多個(gè) 不同的實(shí)驗(yàn) ，較為細(xì)致 地分析 了補(bǔ)償加速度的初始方差及其一階馬爾科夫過程相關(guān)時(shí)間、穩(wěn)態(tài) 了補(bǔ)償加速度的初始方差及其一階馬爾科夫過程相關(guān)時(shí)間、穩(wěn)態(tài) 方差，接收機(jī)鐘的初始及其隨游走過程相關(guān)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)等 方差，接收機(jī)鐘的初始及其隨游走過程相關(guān)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)等 方差，接收機(jī)鐘的初始及其隨游走過程相關(guān)時(shí)間、穩(wěn)態(tài)等 不同 參數(shù)對 實(shí)時(shí)相對定軌 結(jié)果的影響 �？梢� �？梢� 得出 以下 結(jié)論：第一， 結(jié)論：第一， R、T、 N的補(bǔ)償加速度、接收機(jī)鐘差 補(bǔ)償加速度、接收機(jī)鐘差 參數(shù)初 始方差對濾波 收斂后的 結(jié)果影響 較小 ， 但模糊度初始方差過小可能導(dǎo)致濾波 發(fā)散 ；第二， 補(bǔ)償加速度 過程噪聲對 濾波結(jié)果有明顯影響，無論是穩(wěn)態(tài)方差還相關(guān)時(shí)間增大或減小都會導(dǎo) 濾波結(jié)果有明顯影響，無論是穩(wěn)態(tài)方差還相關(guān)時(shí)間增大或減小都會導(dǎo) 濾波結(jié)果有明顯影響，無論是穩(wěn)態(tài)方差還相關(guān)時(shí)間增大或減小都會導(dǎo) 致無法獲得最優(yōu)的 濾波結(jié)果 ；第三，觀測間隔越長濾波結(jié)果差本文 第三，觀測間隔越長濾波結(jié)果差本文 第三，觀測間隔越長濾波結(jié)果差本文 第三，觀測間隔越長濾波結(jié)果差本文 建議觀測間隔不小于 30s 。
（4） 對比 最優(yōu)參數(shù)設(shè)置下 接收機(jī)鐘差隨游走模型 與速，得到鐘差 ，得到鐘差 鐘速模型可以進(jìn)一步提高相對定軌精度到 7.7cm 7.7cm；并基于鐘差速模型對 ；并基于鐘差速模型對 長短基線 進(jìn)行解算， 單天位置精度均優(yōu)于 10cm 10cm，速度精均優(yōu)于 ，速度精均優(yōu)于 0.12mm/s 0.12mm/s 。
關(guān)鍵詞： 編隊(duì)衛(wèi)星；載 GPS ；實(shí)時(shí)相對定軌； GRACE
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT III
1 緒論 1
11 研究背景及意義 1
12 編隊(duì)飛行的相對狀態(tài)測量方法 2
13 實(shí)時(shí)相對定軌的意 義 2
14 星載 GNSS GNSS 相對定軌的研究現(xiàn)狀 3
141 141 國外研究現(xiàn)狀 3
142 142 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 5
15 本文主要工作 6
2 星載 GPSGPS 定軌基本理論與方法 8
21 低軌衛(wèi)星動力學(xué)模型 8
211 211 保守力攝動模型 8
212 212 非保守力模型 9
213 213 采用力學(xué)模型 11
22 實(shí)時(shí)定軌濾波模型 12
221 221 卡爾曼濾波算法 12
222 222 UD 分解濾波 12
23 小結(jié) 13
3 編隊(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí)相對定軌模型與方法 14
31 參考星單軌 道確定 14
311 311 估計(jì)參數(shù) 14
312 312 參考星單定軌流程 14
313 313 非差數(shù)據(jù)預(yù)處 理 15
314 314 參考星單定軌結(jié)果 16
32 相對定軌方法 17
321 321 直接差分方法 18
322 322 偽距相關(guān)方法 18
323 323 單差偽距方法 18
324 324 單差載波相位方法 19
325 325 雙差載波相位方法 19
326 326 單差相 位與雙位對比 21
33 相對定軌誤差分析 21
331 331 差 分電離層誤 21
332 332 廣播星歷誤差 23
333 333 參考接收機(jī)位置誤差 23
334 334 接收機(jī)鐘差 24
34 相對定軌數(shù)據(jù)預(yù)處理 25
341 341 單差偽距粗探測 26
342 342 周跳探測 26
35 相對定軌濾波模型 29
351 351 相對地球引力模型 29
352 352 相對軌道預(yù)報(bào)精度分析 30
353 353 估計(jì)參數(shù)的選擇 33
354 354 參數(shù)的轉(zhuǎn)移過程 34
36 小結(jié) 34
4 實(shí)時(shí)相對定軌軟件現(xiàn)與結(jié)果分析36
41 編隊(duì)衛(wèi)星實(shí)時(shí) 相對定軌軟件實(shí)現(xiàn) 36
411 411 總體研制情況 36
412 412 流程圖 36
42 相對定軌數(shù)據(jù)情況 37
43 不同相對定軌方法結(jié)果比 40
44 基于單差載波法的實(shí)時(shí)相對定 軌最優(yōu)策略確 41
441 初始方差對相定軌的影響 41
442 過程噪聲對相定軌的影響 47
443 觀測間隔對相定軌的影響 54
444 鐘差模型對相定軌的影響 57
445 鐘差速模型下長短基線對比 58
45 小結(jié) 59
5 總結(jié)與展望 總結(jié)與展望 總結(jié)與展望 61
51 工作總結(jié) 61
52 展望 62
參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 64
致 謝 67
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