GPS和高精度气压高度表的组合导航定位技术研究

论文摘要

目前广泛应用于航空、航天、航海的全球定位系统（GPS）是卫星导航系统的先驱者,有着优越的导航性能,可提供全天候、连续三维的定位和导航能力,是今后可持续发展的重要因素。随着交通智能化的不断提高,载运工具的导航和定位大多采用了全球卫星定位系统（GPS）。但是,当载运工具行驶在山区或市内高楼区的时候,GPS信号受到干扰或缺失,造成定位精度下降甚至不能正常工作。基于上述原因,提出了将气压高度表提供的高程信息和GPS系统组合起来进行导航定位的方案。本文介绍了气压高度表的工作原理,推导出了气压高度表的数学模型。结合GPS的定位原理,给出了GPS和气压高度表组合导航定位的观测方程以及该系统观测方程的解算方法。选用Honeywell公司的高精度气压计（HPB）作为本方案的气压高度表。实验系统所用GPS接收板是JAVAD公司的JNS-100GG,通过对GPS卫星星历数据的获取,经GPS和气压高度表组合,实现了在可见星只有三颗时的GPS连续导航定位功能。最后,对本方案的GPS和气压高度表组合导航定位系统做了实测实验和仿真。实验数据分析表明,在气压高度表提供的高程信息比较精确的情况下,利用气压高度表提供的高程信息来弥补GPS信号的缺失,完成连续三维的定位导航的方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 导航系统概述
• 1.1.1 导航及导航定位系统
• 1.1.2 卫星导航定位概述
• 1.1.3 气压高度表及气压高度表辅助GPS 导航定位
• 1.2 课题的研究目的和意义
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 GPS 系统
• 2.1 GPS 系统概述
• 2.1.1 GPS 系统的主要特点
• 2.1.2 GPS 系统的组成
• 2.2 GPS 的信号结构和导航电文
• 2.2.1 GPS 的信号结构
• 2.2.2 GPS 的导航电文
• 2.3 GPS 系统工作原理
• 2.3.1 GPS 定位方式
• 2.3.2 GPS 系统的定位原理
• 2.4 GPS 卫星空间位置的确定
• 2.4.1 GPS 卫星轨道
• 2.4.2 GPS 卫星的参考坐标系
• 2.4.3 GPS 卫星轨道参数
• 2.4.4 GPS 卫星星历电文的参数
• 2.4.5 GPS 卫星位置的计算
• 2.5 GPS 和气压高度表组合导航定位系统方案简介
• 2.6 本章小结
• 第三章 气压高度表
• 3.1 气压高度表的工作原理
• 3.2 高度和压力的基本概念
• 3.2.1 高度的概念
• 3.2.2 静压的概念
• 3.3 气压高度表模型的建立
• 3.3.1 国际标准大气
• 3.3.2 标准大气压与高度之间的数学模型
• 3.4 气压高度表误差补偿
• 3.5 本章小结
• 第四章 GPS 和气压高度表组合导航定位原理
• 4.1 GPS 和气压高度表组合导航定位系统的组成
• 4.2 GPS 和气压高度表组合导航定位系统原理
• 4.2.1 GPS 和气压高度表组合导航定位系统观测方程建立
• 4.2.2 系统观测方程的解算
• 4.3 GPS 和气压高度表组合导航定位系统总体流程框图
• 4.4 地心大地坐标系和ECEF 坐标之间的相互转换
• 4.4.1 地心大地坐标转换成 ECEF 坐标
• 4.4.2 ECEF 坐标转换成地心大地坐标
• 4.5 本章小结
• 第五章 数据采集与处理
• 5.1 高程信息数据采集
• 5.1.1 高精度数字式气压计（HPB）
• 5.1.2 数字式气压传感器的标定
• 5.1.3 高程信息的获取
• 5.2 GPS 观测数据的确定与获取
• 5.2.1 JNS-100GG GPS 接收机
• 5.2.2 GPS 参数获取
• 5.2.3 位置坐标解算
• 5.3 本章小结
• 第六章 定位数据与误差分析
• 6.1 定位数据分析
• 6.2 系统定位误差分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结和展望
• 7.1 本文所做的主要工作
• 7.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 附录