GNSS高灵敏度接收机解算技术研究

论文摘要

随着GNSS导航系统应用领域的不断扩展,GNSS技术受到人们越来越多的关注,复杂环境的高灵敏度接收和定位技术也越来越受到重视。在室内、山川、城市街道等复杂的环境下,卫星信号变得微弱且不稳定,这给GNSS技术的应用带来了较大的困扰。本文针对高灵敏度定位技术的一些关键问题展开研究。针对弱信号环境下的信号特点,结合应用场景,分析了高灵敏度定位技术的相关算法,将UKF迭代滤波算法应用于PVT解算,针对高灵敏度解算中的载波相位失真问题提出多普勒辅助的伪距平滑技术,并对复杂环境弱信号的短时信号屏蔽的处理展开讨论分析。本文研究的主要内容包括以下几个部分：(1)介绍了GNSS的PVT解算的基本原理和算法,包括GNSS接收机的基本测量值伪距和载波相位测量值、本地位置计算的基本迭代算法、用于卫星位置计算的卫星轨道理论、将GNSS接收机两个测量值优势结合的载波相位平滑伪距技术。(2)给出了GNSS的PVT解算的处理流程,分别就两种典型的卫星导航系统的卫星位置计算的方法进行了分析,研究了最小二乘算法和扩展卡尔曼滤波算法在PVT解算应用的定位精度和收敛性能,并对两种算法的特点作了比较分析。(3)从复杂环境弱信号自身的特点出发,研究了基于不敏卡尔曼滤波算法的PVT解算,与扩展卡尔曼滤波进行比较,并分析了卫星数目对其定位性能的影响；提出了多普勒辅助伪距平滑算法,在无法得到载波相位的情况下,使定位精度大大提高；研究了复杂环境短时信号屏蔽时的信息处理技术,分别针对卫星数目不足4颗和伪距测量值短时丢失的情况进行了讨论。(4)研究了PVT解算定位精度的表示方法和影响因素,从理论上推得定位精度与测量精度和卫星的几何位置分布有关,最后介绍了GNSS系统的应用与未来的现代化发展展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 GNSS系统简介
• 1.1.1 GPS系统
• 1.1.2 GLONASS系统
• 1.1.3 BD系统
• 1.1.4 GALILEO系统
• 1.2 课题产生背景
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 高灵敏度技术研究现状
• 1.3.2 PVT解算技术研究现状
• 1.4 本文主要工作和结构安排
• 1.5 本章小结
• 2 GNSS解算的基本原理
• 2.1 GNSS测量值
• 2.1.1 伪距测距值
• 2.1.2 载波相位测量值
• 2.2 用户位置的计算
• 2.3 卫星轨道理论
• 2.4 载波相位平滑伪距
• 2.4.1 伪距与载波相位定位的对比
• 2.4.2 载波相位平滑伪距技术
• 2.5 本章小结
• 3 GNSS定位解算技术研究
• 3.1 GNSS定位解算流程
• 3.2 卫星位置及速度的计算
• 3.2.1 GPS卫星的位置速度计算
• 3.2.2 GLONASS卫星的位置速度计算
• 3.3 最小二乘算法
• 3.3.1 最小二乘算法描述
• 3.3.2 收敛性分析
• 3.3.3 定位结果分析
• 3.4 扩展卡尔曼滤波算法
• 3.4.1 扩展卡尔曼滤波原理
• 3.4.2 基于EKF的卫星定位解算
• 3.4.3 定位精度分析
• 3.4.4 EKF与最小二乘算法的比较
• 3.5 本章小结
• 4 高灵敏度解算性能的优化
• 4.1 基于UKF的定位解算及其精度分析
• 4.1.1 不敏卡尔曼滤波
• 4.1.2 UKF在卫星定位解算的应用
• 4.1.3 UKF与EKF定位性能比较
• 4.1.4 卫星数目对UKF算法的影响
• 4.2 基于多普勒辅助的伪距平滑技术
• 4.2.1 多普勒辅助伪距平滑原理
• 4.2.2 算法描述
• 4.2.3 性能分析
• 4.3 高灵敏度短时信号屏蔽的处理
• 4.3.1 卫星颗数少于4颗时的解算定位
• 4.3.2 基于拟合预测的短时信号屏蔽处理
• 4.4 本章小结
• 5 定位精度分析及GNSS应用与展望
• 5.1 定位精度分析
• 5.2 GNSS导航定位的应用
• 5.3 GNSS现代化展望
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 附录:卡尔曼滤波技术
• 参考文献
• 作者简历