利用广播星历计算GPS卫星位置及误差分析

为了提高GPS卫星轨道计算的精确性和实时性,通过对GPS卫星的广播星历进行分析,利用从广播星历中获取的开普勒轨道参数和轨道摄动修正项,以2005年11月6日的R INEX格式的广播星历为例,通过编程,计算了07号卫星当天24 h的轨道位置坐标,并将其与当天的精密星历所提供的卫星轨道位置坐标进行对比,并对广播星历的轨道精度进行初步的讨论。结果表明,该方法确实提高了GPS卫星轨道位置坐标计算的精度。利用广播星历计算GPS卫星位置的误差主要是由于时间外推方法造成的。     

GPS卫星广播星历的Lagrange等距插值算法

实时GPS定位需要不断地用接收到的广播星历计算卫星位置,而采用直接法计算会占用大量内存,影响计算速度.在阐述Lagrange等距插值算法的基础上,推导出计算GPS卫星坐标的Lagrange等距插值多项式,并通过算例详细说明了利用广播星历和Lagrange等距插值多项式计算GPS卫星坐标的方法和过程,最后对插值的精度进行了分析;发现当插值多项式的阶数达到10次时,误差不超过1mm.     

GPS卫星轨道位置计算方法的研究

在GPS导航与定位中,GPS卫星轨道位置的确定是实现其功能的首要条件.本文结合开普勒运动方程、卫星轨道摄动理论和空间直角坐标系转换理论等,详细推导并证明了使用广播星历计算GPS卫星轨道位置的一种方法.该研究弥补了现有文献资料推导证明的不足,对于教学和技术人员具有一定的参考价值.     

GPS卫星星历仿真

阐述了GPS卫星星历仿真的基本原理,并通过对某些特定的GPS卫星星历的仿真,获得了该卫星星历仿真数据和卫星位置数据,并将两者与相对应的实际广播星历数据和卫星位置数据进行比较,得到了较为理想的结果.结果表明,该仿真方法的精确性、可靠性和适用性对卫星数据处理有很大的帮助.     

GPS与北斗广播星历TGD参数对单点定位影响比较分析

卫星群延时间参数(Timing Group Delay,TGD)表征了卫星不同频率信号通道之间的延迟偏差,一般作为重要的信息在卫星导航系统的广播星历中播发给用户.由于不同卫星导航系统广播星历中的钟差定义的不同,卫星TGD参数的含义也有所差异,用户在利用广播星历进行定位授时中必须正确理解并使用广播星历卫星钟差与各个频率信号的TGD改正参数.本文针对GPS和北斗卫星导航系统(BDS),分别使用无电离层组合和单频观测对TGD参数在定位中的影响进行计算和分析,通过比较分析指出了目前北斗广播星历中的TGD可能存在一些问题需要进一步调查.     

GNSS导航电文空间信号测距误差分析

空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)描述卫星广播星历误差和钟差参数误差在用户平均星站方向的投影,是影响用户定位授时精度的关键因素.本文以事后精密轨道和钟差参数为基准,分别评估Galileo,GPS和BDS-3卫星的广播星历轨道用户测距误差(User Range Error,URE)、钟差参数误差、SISRE的大小和特征.结果表明,Galileo,GPS,BDS-3的SISRE分别为0.14,0.49,0.35 m.三者的广播星历轨道URE分别为0.14,0.27,0.09 m.三者的钟差参数误差分别为0.14,0.41,0.35 m.Galileo广播星历径向轨道误差和钟差参数误差之间具有很强的相关性.两者相互抵消,可有效降低Galileo卫星的SISRE.不同类型GPS卫星的钟差参数误差和SISRE有明显区别.随着GPS卫星的更新换代,其钟差参数误差和SISRE会逐步降低.BDS-3卫星具备与GPS和Galileo卫星显著不同的特征:(1)BDS-3卫星广播星历轨道径向误差和钟差参数误差的相关性较小,自洽性较差;(2)BDS-3卫星广播星历轨道URE较小,而钟差参数误差较大.其中,BDS-3卫星的广播星历轨道URE小于Galileo和GPS,但是其钟差参数误差对SISRE的贡献显著大于Galileo和GPS.通过比对上述卫星的SISRE大小及特征,指出提高钟差参数精度是提高BDS-3卫星空间信号精度的关键.     

北斗GEO卫星广播星历的直接拟合算法研究

针对因北斗地球静止轨道(GEO)卫星的小倾角特性,经典全球卫星定位系统(GPS)广播星历拟合算法不能直接应用于北斗GEO卫星这一问题,提出了一种基于无奇点变换的北斗GEO卫星广播星历直接拟合算法.该算法采用一组无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历拟合过程中法化矩阵奇异的问题;同时,避免了接收机GEO广播星历参数用户算法中坐标旋转的过程,减少了GEO用户算法的计算步骤.经仿真验证:该算法可很好地适用于北斗GEO卫星广播星历拟合,且拟合精度高,完全满足接收机导航定位的精度.但对于圆地球轨道(MEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,该算法实用性较差,仍须进一步研究和改进.     

GPS电文用户测距精度参数设计分析

为了研究卫星导航系统完好性参数设计对用户端完好性的影响,该文对GPS电文完好性参数中用户测距精度(URA)参数的分级方式及用户算法的变化进行了研究。采用实际国际GPS服务(IGS)广播电文数据与精密星历星钟数据进行仿真分析,证明了细化GPS用户测距精度分级方式的必要性。在此基础上,证明了采用相互独立的星历和星钟用户测距精度值能更好地描述卫星段误差。考虑传输段误差影响,利用广播星历构造卫星星座仿真分析了最坏用户位置处的测距误差,并采用加权法和最大方差法分别计算用户瞬时测距精度。对电文改进前后的两种区间划分标准和不同URA更新周期下的用户测距精度索引值进行比较分析。研究结果表明,导航电文采用5 bits将用户测距精度细化为32个区间能更好地区分不同卫星的测距误差,改善用户的完好性性能。     

轨道动力学修正模型及其在北斗短时星历预测中的应用

对于具有低功耗和小型化需求的便携式卫星导航终端设备,准确的星历预测更有利于其快速定位,实现节能与器件小型化.在传统卫星轨道动力学模型预测方法的基础上,提出了含太阳、地球和月球的万有引力以及太阳光压之外的其他摄动力修正项的修正模型.利用导航卫星轨道位置的周期性特性,在轨道平面下对该修正项进行数值建模,通过北斗导航卫星的历史广播星历数据获得修正项参数的短时拟合值,进而对北斗导航卫星进行星历预测.最后,通过北斗导航卫星的实际星历数据验证了该修正模型对提高短时星历预测精度的可行性.     

高轨导航卫星星历设计

本文利用地球非球形引力、日月第三体引力摄动分析解理论综合分析了导航卫星广播星历参数设计的物理意义,从理论上确定了其取值范围.并通过＂共振＂效应的综合分析,对GPS开普勒广播星历参数对IGSO、GEO卫星的适用性进行了深入研究,最后通过理论分析指出小倾角、J2,2项共振等因素是引起上述广播星历算法不适用于GEO卫星的主要原因.针对GEO卫星星历参数拟合法方程严重病态以及部分接口参数超限的问题,提出了动态加权的带参数约束条件平差算法.通过实际算例证明,该方法能有效稳定星历拟合结果,解决Δn等星历参数超限的问题.     

地理坐标系下GPS定位误差的定量研究

针对目前对使用伪距的GPS定位误差的定量分析仍然不够精确的问题,本文分2种情况在东北天地理坐标系下对GPS定位误差进行了进一步分析:当使用全部可见卫星进行定位时,通过为不同纬度设置相应参数明显改进了GPS定位误差表达式;当选择4颗最优卫星进行定位时,针对更加实际的情况首次得出了GPS定位误差表达式. 从而给出了这2种情况下各向定位误差之间的关系. 在用户测距误差标准差σ_URE已知的情况下,根据提出的公式能够更加准确地估计GPS各向定位误差的标准差. 通过SPIRENT卫星信号模拟器生成赤道、北纬45°和北极点处的卫星信号,验证了所提出公式的精确性.      

基于ARM的GPS接收机解码系统设计

本文讨论了基于ARM7的GPS接收机解码系统设计,提出了对GPS全球定位系统定位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法,并给出了系统的硬件电路及软件流程图。通过本设计方法,本系统由单片机控制GPS模块较为精确地计算和显示日期、时间、经度、纬度等卫星信息。详细地介绍了用单片机为主要核心电路设计GPS的硬件设计全过程,并给出了GPS软件设计的基本思路、整体电路的原理、PCB设计图和几个电路使用特殊芯片和使用软件资料,是实用性很强的设计方案。     

实时高动态GNSS信号模拟器高精度伪距生成方法

针对伪距实时生成高动态GNSS信号模拟器的关键技术进行了研究,分析了现有真实距离计算方法的问题,提出一种改进的卫星-用户真实距离求解算法.该方法将航迹位置坐标作为用户位置输入,利用开普勒轨道根数计算卫星位置,实现GNSS信号模拟器的星座仿真与参量计算.在伪距计算过程中,为了精确计算真实距离,需要考虑在迭代过程中地固坐标系旋转造成的坐标值变化;在伪距生成过程中,提出一种基于三次样条函数的伪距三阶多项展开式系数的直接计算方法,避免了现存算法需要分别计算卫星、用户位置的高阶导数以及伪距误差的高阶导数等卫星-用户视向动态参数的问题,降低了计算的复杂度.同时也解决了现存算法无法精确计算视向动态参数造成伪距多项式系数计算不精确的问题,提高了伪距生成的精度.仿真结果表明,用该方法计算的伪距精度优于0.1mm.     

基于STK的空间站星载GPS接收机仿真分析

将GPS系统用于航天器的导航、定位和授时是目前的趋势。但是星载接收机的高速轨道运动特点有区别于地面用户。通过建立GPS星座与国际空间站的链路进行仿真分析。仿真结果表明GPS星座可以满足空间站的大于4颗卫星的信号可用性需求。     

The estimation method of GPS instrumental biases

A model of estimating the global positioning system (GPS) instrumental biases and the methods to calculate the relative instrumental biases of satellite and receiver are presented. The calculated results of GPS instrumental biases, the relative instrumental biases of satellite and receiver, and total electron content (TEC) are also shown. Finally, the stability of GPS instrumental biases as well as that of satellite and receiver instrumental biases are evaluated, indicating that they are very stable during a period of two months and a half.     

GPS在道路工程中的应用

介绍了GPS的原理和其三大子系统(空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统),着重阐述了GPS系统在道路工程测量和施工中的应用。     

GPS技术在露天运输系统中的应用

针对露天矿传统调度系统效率较低的实际情况，提出了采用卫星定位技术（GPS）、将计算机网络技术、无线数字通讯技术、电子技术、系统工程技术、优化理论、管理信息系统理论等多项现代高新技术理论结合到一起，对运行卡车进行实时优化调度的具体方法，利用GPS系统能够高精度确定出露天采掘、运输设备的位嚣，并能够计算出距离的特点，对运输设备进行优化配置，从而替代了传统的人工经验调度方法，提高了矿山生产效率和经济效益。