BDS多星定軌卡爾曼濾波算法研究.pdf

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由GEO/IGSO/MEO三星座組成，混合星座結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)用較少星座達(dá)到較優(yōu)區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ坏墓δ?。而衛(wèi)星軌道的精度直接影響導(dǎo)航定位的精度，因此開展北斗衛(wèi)星多星定軌技術(shù)的相關(guān)理論與算法研究具有重大意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴系統(tǒng)的介紹了導(dǎo)航衛(wèi)星精密定軌的基本理論與方法，主要包括衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)模型、衛(wèi)星的觀測(cè)模型、軌道數(shù)值積分方法、參數(shù)估計(jì)方法以及軌道結(jié)果精度評(píng)定方法等。⑵研究了雙向卡爾曼濾波定軌的基本原理與基本算法，

2、通過實(shí)測(cè)BDS18個(gè)區(qū)域站觀測(cè)數(shù)據(jù)，定軌解算分析重疊弧段徑向精度可得：GEO衛(wèi)星定軌徑向精度0.2m，IGSO衛(wèi)星定軌徑向精度0.16m，MEO衛(wèi)星定軌徑向精度0.08m；對(duì)于含有小粗差的觀測(cè)數(shù)據(jù)未在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段剔除的情況，在參數(shù)估計(jì)中加入抗差估計(jì)的方法；針對(duì)在測(cè)站數(shù)不多、歷元觀測(cè)數(shù)據(jù)不多、星地空間結(jié)構(gòu)不強(qiáng)的情況下，迭代過程有可能將部分粗差分配到正常觀測(cè)值上而使正常觀測(cè)值降權(quán)的問題，提出了在每次迭代僅對(duì)驗(yàn)后標(biāo)準(zhǔn)化殘差最大的觀測(cè)值進(jìn)行降

3、權(quán)處理的抗差算法，提高了定軌精度。⑶介紹了三種常用的GPS衛(wèi)星定軌隨機(jī)模型，并比較了不同隨機(jī)模型在BDS衛(wèi)星雙向卡爾曼濾波定軌下的精度。針對(duì) BDS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包含有三種不同類型的衛(wèi)星，采用Helmert方差分量估計(jì)的方法來調(diào)節(jié)不同類型衛(wèi)星之間的權(quán)比，并針對(duì)區(qū)域站MEO衛(wèi)星觀測(cè)值數(shù)量少、卡爾曼濾波開始階段不穩(wěn)定等問題提出了改進(jìn)。即待濾波穩(wěn)定后再進(jìn)行Helmert方差分量估計(jì)，并根據(jù)不同類型衛(wèi)星的數(shù)量來進(jìn)行控制、采取不同的策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

4、明，采用改進(jìn)的Helmert方差分量估計(jì)方法進(jìn)行 BDS衛(wèi)星卡爾曼濾波定軌，BDS衛(wèi)星軌道平均徑向精度提高了2cm。⑷對(duì)卡爾曼濾波的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。研究了狀態(tài)參數(shù)不同初始值對(duì)BDS卡爾曼濾波定軌結(jié)果的影響，結(jié)果表明初始值誤差對(duì)GEO衛(wèi)星影響較大，對(duì)IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星的影響較小。針對(duì)在卡爾曼濾波系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)或觀測(cè)弧段長度未能使卡爾曼濾波達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，初始值誤差對(duì)濾波結(jié)果影響較大的情況，提出了將雙向卡爾曼濾波定軌解算得到的衛(wèi)星初始

5、歷元狀態(tài)參數(shù)估計(jì)值作為初值，其他參數(shù)初值重新解算，初始方差保持不變，進(jìn)行迭代計(jì)算的迭代雙向卡爾曼濾波定軌算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同初始先驗(yàn)方差的情況下，迭代雙向卡爾曼濾波定軌方法提高了軌道精度。⑸介紹了三種常用的GPS光壓模型，分別分析比較了其在BDS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的擬合精度和外推精度，其中BERNE模型對(duì)于三類衛(wèi)星的擬合精度最高，而外推精度各類衛(wèi)星不一。根據(jù)GPS光壓模型的發(fā)展歷程及傅立葉級(jí)數(shù)形式，在9參數(shù)BENRE模型的基礎(chǔ)上添加二