BDS多星定軌卡爾曼濾波算法研究.pdf

1、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由GEO/IGSO/MEO三星座組成，混合星座結構可以實現(xiàn)用較少星座達到較優(yōu)區(qū)域導航定位的功能。而衛(wèi)星軌道的精度直接影響導航定位的精度，因此開展北斗衛(wèi)星多星定軌技術的相關理論與算法研究具有重大意義。
　　本研究主要內容包括：⑴系統(tǒng)的介紹了導航衛(wèi)星精密定軌的基本理論與方法，主要包括衛(wèi)星動力學模型、衛(wèi)星的觀測模型、軌道數值積分方法、參數估計方法以及軌道結果精度評定方法等。⑵研究了雙向卡爾曼濾波定軌的基本原理與基本算法，

2、通過實測BDS18個區(qū)域站觀測數據，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；對于含有小粗差的觀測數據未在數據預處理階段剔除的情況，在參數估計中加入抗差估計的方法；針對在測站數不多、歷元觀測數據不多、星地空間結構不強的情況下，迭代過程有可能將部分粗差分配到正常觀測值上而使正常觀測值降權的問題，提出了在每次迭代僅對驗后標準化殘差最大的觀測值進行降

3、權處理的抗差算法，提高了定軌精度。⑶介紹了三種常用的GPS衛(wèi)星定軌隨機模型，并比較了不同隨機模型在BDS衛(wèi)星雙向卡爾曼濾波定軌下的精度。針對 BDS衛(wèi)星導航系統(tǒng)包含有三種不同類型的衛(wèi)星，采用Helmert方差分量估計的方法來調節(jié)不同類型衛(wèi)星之間的權比，并針對區(qū)域站MEO衛(wèi)星觀測值數量少、卡爾曼濾波開始階段不穩(wěn)定等問題提出了改進。即待濾波穩(wěn)定后再進行Helmert方差分量估計，并根據不同類型衛(wèi)星的數量來進行控制、采取不同的策略。實驗結果表

4、明，采用改進的Helmert方差分量估計方法進行 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對卡爾曼濾波的穩(wěn)定性進行了分析研究。研究了狀態(tài)參數不同初始值對BDS卡爾曼濾波定軌結果的影響，結果表明初始值誤差對GEO衛(wèi)星影響較大，對IGSO衛(wèi)星和MEO衛(wèi)星的影響較小。針對在卡爾曼濾波系統(tǒng)不穩(wěn)定時或觀測弧段長度未能使卡爾曼濾波達到穩(wěn)定時，初始值誤差對濾波結果影響較大的情況，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)參數估計值作為初值，其他參數初值重新解算，初始方差保持不變，進行迭代計算的迭代雙向卡爾曼濾波定軌算法。實驗結果表明，在相同初始先驗方差的情況下，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)星導航系統(tǒng)中的擬合精度和外推精度，其中BERNE模型對于三類衛(wèi)星的擬合精度最高，而外推精度各類衛(wèi)星不一。根據GPS光壓模型的發(fā)展歷程及傅立葉級數形式，在9參數BENRE模型的基礎上添加二