文档介绍：中图分类号: 论文编号:1028703 12-S069
学科分类号:080401
硕士学位论文
基于 GNSS 的高轨卫星定轨技术研究
研究生姓名詹鹏宇
学科、专业精密仪器及机械
研究方向卫星导航
指导教师范胜林副教授
南京航空航天大学
研究生院自动化学院
二О一二年三月
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
The Graduate School
College of Automation Engineering
Research on GNSS-Based Orbit
Determination of High Earth Orbit Satellites
A Thesis in
Precision Instrument and Machinery
by
Zhan Pengyu
Advised by
Associate Prof. Fan Shenglin
Submitted in Partial Fulfillment
of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
March, 2012
承诺书
本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下
进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和
致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究
成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学
位或证书而使用过的材料。
本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部
分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描
等复制手段保存、汇编学位论文。
(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
作者签名:
日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
高轨卫星在军民领域中发挥着越来越重要的作用,目前主要是通过测控网络进行的不间断
观测来实现其轨道测定,但是此方法所需的设备复杂并且运行成本高,因此在 GNSS 系统日益
完善的前提下,利用星载 GNSS 接收机实现高轨卫星的定轨已成为一个新的研究方向。本文主
要对多星座组合导航系统的定轨性能、几何动力学法定轨中用的非线性滤波技术以及接收机的
弱信号捕获算法进行了分析和研究。
首先介绍了 GNSS 以及星载 GNSS 定轨技术的发展概况。然后使用卫星工具包对高轨卫星
所搭载的 GNSS 接收机可见性进行了分析和仿真验证,建立了星载 GNSS 高轨卫星定轨系统的
数学模型,并给出了完整仿真流程,为后续的研究工作奠定基础。
在分析了接收机可见性与所采用 GNSS 星座的数量之间关系的基础上,进一步仿真验证了
在高轨卫星定轨中使用多星座组合导航系统对于定轨性能的影响。首先将结合轨道外推的最小
二乘法应用于定轨解算;然后由于系统的非线性数学模型,采用了扩展卡尔曼滤波进行几何动
力学法定轨解算,两种算法的仿真结果均验证了多星座组合导航系统能提高定轨精度。但 EKF
算法应用中存在着线性化误差,在强非线性情况下会对最终的定轨精度产生较为显著的影响。
针对 EKF 算法的不足,选用了其它的非线性滤波技术来取代 EKF 算法。文中选择了无需
近似求解非线性函数的无味卡尔曼滤波算法(UKF),同时还结合龙格-库塔方法的思想对 EKF 算
法进行了改进。在采用多星座组合导航系统的情况下验证了改进算法的正确性,并对非线性滤
波算法的高轨卫星定轨性能进行了对比分析。
为了保证星载 GNSS 高轨卫星定轨研究中星载接收机对导航卫星信号的使用,对接收机的
弱信号捕获算法进行了研究。从常规 GPS 信号捕获方法及传统的弱信号捕获算法出发,结合数
据块累加的思想提出了一种改进算法,其捕获速度相比原算法有了较大的提高,并且分别采用
仿真信号和实测信号验证了该算法的弱信号捕获性能。
关键词:全球导航卫星系统,高轨卫星,定轨,可见性分析,多星座组合导航系统,非线性滤
波,弱信号捕获
I
基于 GNSS 的高轨卫星定轨技术研究
ABSTRACT
The high earth orbit (HEO) satellites are playing an increasingly important role in the field of
military a