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《航天器高精度gps導航定位技術(shù)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、年1月中國工程科學Jan.2004M20046Vol.6No.1卷第I期EngineeringScience學位論文精選航天器高精度GPS導航定位技術(shù)研究向開恒，曲廣吉(中國空間技術(shù)研究院總體設(shè)計部，北京100086)〔摘要I將GPS測量定位技術(shù)求解衛(wèi)星軌道攝動運動的Encke方法和廣義Kalman濾波技術(shù)有機地結(jié)合在一起，提出了利用GPS實現(xiàn)低軌道航天器高精度自主導航定位的新方法—載波相位一偽距綜合動態(tài)定軌技術(shù)解決了GPS載波相位應用中動態(tài)解模糊和跳周修復的難題。以此為基礎(chǔ)，提出了兩個航天器之間的載波相位-偽距綜合差分動態(tài)相對導航技術(shù)。數(shù)值仿真分析和半物理仿真實驗結(jié)果表明，所
2、提出的動態(tài)定軌技術(shù)是可行的，對提高GPS導航定位精度的效果是顯著的，并且其模型、算法和軟件具有工程實用性。〔關(guān)鍵詞〕航天器;導航定位;全球定位系統(tǒng);載波相位;卡爾曼濾波【中圖分類號〕V474.2;V448.2;P228.4【文獻標識碼〕A【文章編號」1009一1742(2004)01一0086一06同時也帶來了艱巨的挑戰(zhàn)。對GPS載波相位的測1引言量可以達到毫米級的精度，然而載波相位測量不能隨著在軌航天器從質(zhì)量到數(shù)量的突飛猛進，而提供絕對的距離信息，接收機初始鎖定GPS信號地面測控資源相對有限，因此實現(xiàn)航天器的自主導時無法知道衛(wèi)星與接收機之間的載波整周期數(shù)目。航定位顯得尤為重要
3、，這是提高航天器在軌自主能另外，載波相位測量比偽距測量復雜得多并且非常力的一個重要方面。GPS在這方面的應用已經(jīng)受敏感，在載波跟蹤過程中可能發(fā)生所謂跳周(cycle到廣泛關(guān)注，并且取得了相當多的應用成果，但這slip)現(xiàn)象—接收機漏記了載波相位的一個或多僅僅是個開始。個周期變化，從而導致測量信息的偏差[[21。因此，在利用GPS進行航天器的導航定位方面，目如何充分利用載波相位測量的精確性就成為一個重前主要是采用單點定位(純幾何解)或偽距動態(tài)定要的研究課題。軌的方式，也可以輔以載波相位對偽距測量進行平本文概要地介紹了筆者的博士后研究課題“航滑。這些方法對于低軌道航天器，用標準定位
4、服務天器高精度GPS導航定位技術(shù)研究”的核心內(nèi)容(standardpositioningservice，簡稱SPS，只能用和主要成果。詳細的理論模型推導、數(shù)值仿真分析CA碼，目前已取消選擇可用性SA)通?？梢赃_和半物理仿真實驗將分別作為專題內(nèi)容另文發(fā)表。到三維均方根誤差20m以內(nèi)的定位精度。更高精2指數(shù)加權(quán)廣義Kalman濾波動態(tài)定度的絕對定位需求則需要利用載波相位測量并進行軌模型全球差分跟蹤，例如美國和法國合作的海洋表面測繪飛行器TOPEX/Poseidon使用了十幾個遍布世界2.1指數(shù)加權(quán)廣義Kalman沁波各地的地面站，定位精度達到了10em以內(nèi)川。衛(wèi)星軌道運動方程是非線
5、性運動方程，因此采GPS的載波相位(carrierbeatphase)測量技用廣義Kalman濾波。Kalman濾波一般可分為離術(shù)為航天器高精度導航定位提供了新的解決途徑，散型、連續(xù)型和混合型幾種?；旌闲蚄alman濾波[收稿日期12003一0519;修回A期2003一10一22t作者簡介〕向開恒(1972).男。云南姚安縣人，博上，中國空間技術(shù)研究院總體設(shè)計部高級工程師萬方數(shù)據(jù)第I期向開恒等:航天器高精度GPS導航定位技術(shù)研究的運動方程是連續(xù)的，而測量方程是離散的.它適偽距和偽距速率。在每一個采樣點，依次掃描接收合處理如下問題:系統(tǒng)的動力學特性可由連續(xù)運動機的所有接收通道，當
6、可用的測量信息多于一個通方程描述和預測，采樣測量的周期較長。如果將連道時，對各通道的測量信息分別進行循環(huán)求解。這續(xù)系統(tǒng)離散后處理為離散的Kalman濾波問題，一樣，此方法可以適用于每次采樣時可見GPS衛(wèi)星方面會使問題復雜化，另一方面也使濾波精度下數(shù)量不等的情況，GPS接收機每個通道的有效測降，混合型的Kalman濾波正好解決了這個問題。量數(shù)據(jù)都可以用上。另外，即使只有一個通道的測另外，當Kalman濾波系統(tǒng)的動力學模型不準量數(shù)據(jù)可用，也能繼續(xù)進行濾波解算;如果測量數(shù)確時，長時間不間斷的濾波解算將導致濾波發(fā)散。據(jù)完全中斷，則利用動力學模型進行外推給出預測采用指數(shù)加權(quán)函數(shù)是避免濾波
7、發(fā)散的一種方法。指值。連續(xù)一離散廣義Kalman濾波對每次采樣的時數(shù)加權(quán)函數(shù)的物理意義是增加最近測量數(shù)據(jù)的可信間間隔也不要求一致。因此，可以說此方法體現(xiàn)了度，也就類似最小二乘法中增加遺忘因子使舊的數(shù)最大程度的靈活性。據(jù)逐步失去作用，從而保證新的測量數(shù)據(jù)不致淹沒3載波相位一偽距綜合動態(tài)定軌在舊數(shù)據(jù)的深海中。指數(shù)加權(quán)廣義Kalman濾波算法具有若干優(yōu)3.1合成偽距點:首先，可以避免對連續(xù)系統(tǒng)進行離散化處理，為簡潔起見，在不致引起誤解的情況下，用載可以給出連續(xù)的狀態(tài)估計;其次，克服了動力學模波相位
