星载GNSS卫星编队相对导航技术PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 卫星编队概念 1

1.2 卫星编队的特点 5

1.3 卫星编队的发展趋势 6

1.3.1 加强与扩大卫星编队飞行的应用领域 6

1.3.2 加强小卫星编队飞行各组成子系统及相关技术的研究 6

1.3.3 编队卫星标准化研究 7

1.4 星载GNSS编队飞行的意义 7

1.4.1 星载GNSS相对导航的意义 8

1.4.2 卫星导航系统发展概述 9

1.5 相关研究进展 12

2 编队卫星运动学和动力学基础 15

2.1 编队飞行所用坐标系统 15

2.1.1 地心惯性坐标系 16

2.1.2 地心地固坐标系 16

2.1.3 相对运动参考坐标系 17

2.1.4 轨道坐标系 17

2.1.5 本体坐标系 17

2.2 时间系统 18

2.2.1 时间基准 18

2.2.2 历法 22

2.2.3 时间系统间的转换关系 23

2.3 基于动力学的编队飞行分析 26

2.3.1 编队飞行动力学方程 27

2.3.2 编队飞行动力学相对运动方程的解析解 30

2.3.3 编队飞行相对运动特性 31

2.4 基于运动学的编队飞行分析 35

2.4.1 编队飞行运动学方程 35

2.4.2 编队飞行运动学相对运动方程的解析解 36

2.4.3 动力学与运动学方法比较 38

2.5 编队卫星的受摄运动分析 39

2.5.1 近地轨道的受摄运动 40

2.5.2 J2摄动作用下编队构型的表达 44

2.5.3 大气摄动作用下编队构型的稳定性 49

3 GNSS相对导航定位原理 53

3.1 观测方程 53

3.1.1 GNSS测量的基本观测量 53

3.1.2 测码伪距测量 54

3.1.3 测相伪距测量 56

3.2 精密相对导航定位数学模型 60

3.2.1 有几何观测模型 60

3.2.2 无几何观测模型 62

3.2.3 时间平均模型 63

3.2.4 有几何模型和无几何模型的比较 64

3.2.5 随机模型 64

3.3 误差分析 66

3.3.1 卫星轨道误差 66

3.3.2 卫星钟差误差 67

3.3.3 卫星天线相位中心改正 68

3.3.4 电离层延迟 68

3.3.5 对流层延迟 70

3.3.6 接收机天线相位中心改正 70

3.3.7 相对论效应 71

3.3.8 多路径效应 72

4 卫星编队状态估计与分析 73

4.1 常规卡尔曼滤波算法 73

4.1.1 线性系统卡尔曼滤波 73

4.1.2 自适应卡尔曼滤波 77

4.1.3 扩展卡尔曼滤波 80

4.2 UKF滤波 80

4.2.1 UT变换 81

4.2.2 UKF滤波算法 82

4.2.3 自适应UKF滤波 83

4.3 粒子滤波理论 84

4.3.1 贝叶斯滤波 85

4.3.2 粒子滤波算法实现 86

5 卫星编队仿真设计 94

5.1 GNSS仿真功能 95

5.2 数据仿真 96

5.2.1 导航星座仿真 97

5.2.2 卫星钟差与接收机钟差仿真 102

5.2.3 星上设备时延差TGD仿真 104

5.2.4 电离层延迟仿真模型 105

5.2.5 对流层延迟仿真 108

5.2.6 接收机观测噪声与多路径效应仿真模型 112

5.2.7 地球自转改正 113

5.2.8 相对论效应改正 113

5.2.9 用户轨迹仿真模型 113

5.2.10 RNSS观测数据仿真模型 113

5.3 观测数据仿真应用及验证 114

5.3.1 静态数据验证 119

5.3.2 动态数据验证 120

5.4 卫星编队飞行可视化三维仿真设计 120

5.4.1 动力学仿真模块 122

5.4.2 无摄条件下三维场景仿真 124

5.4.3 有摄相对运动动力学仿真 130

5.4.4 数据存储与查询模块 136

5.5 基于编队卫星GNSS可见性的研究 139

5.5.1 GNSS服务空域 139

5.5.2 卫星仰角大于零时高空载体可见性分析 140

5.5.3 卫星仰角小于零时高空载体可见性分析 141

5.5.4 仿真结果与分析 142

6 GNSS观测值数据预处理 144

6.1 GNSS观测数据质量分析 144

6.1.1 多项式拟合与观测数据相减 144

6.1.2 同一频率不同类型观测量相减 146

6.1.3 卫星载噪比分析 147

6.2 常用周跳探测与修复方法 148

6.2.1 伪距相位组合法 149

6.2.2 多项式拟合法 149

6.2.3 电离层残差法 151

6.3 基于多频观测数据线性组合 153

6.3.1 研究多频数据组合的原因 153

6.3.2 组合观测值的定义 153

6.3.3 组合观测值性质分析 155

6.4 消除电离层二阶项影响的组合特性 156

6.5 BDS探测周跳的组合 158

6.5.1 失锁时间较短的周跳探测和修复 159

6.5.2 失锁时间较长的周跳探测和修复 160

7 星载GNSS卫星编队绝对定位 161

7.1 利用多频载波相位组合进行单点定位 161

7.1.1 码相组合确定整周模糊度 161

7.1.2 多频载波单点定位基本模型 162

7.1.3 不同载波相位组合单点定位结果及比较 163

7.1.4 多频载波相位组合单点定位比较 164

7.2 多频码相位单点定位中渐消因子扩展卡尔曼滤波 166

7.3 多频码相组合单点定位中基于残差信息的改进抗差滤波 171

7.3.1 M估计在单点定位中的应用 171

7.3.2 预测残差抗差Kalman滤波 173

8 星载GNSS卫星编队相对导航定位 177

8.1 整周模糊度的浮点解 181

8.1.1 动态方程中的病态性问题 182

8.1.2 浮点解的先验方差 185

8.2 整周模糊度搜索解法 192

8.2.1 整周模糊度的搜索空间 192

8.2.2 整周模糊度的降相关处理 195

8.2.3 模糊度搜索 197

8.3 整周模糊度的其他解法 198

8.3.1 模糊度函数法（AMF） 198

8.3.2 双频P码伪距法 199

8.3.3 多频模糊度解法 200

8.4 整周模糊度的确定准则 205

8.4.1 Ratio检验 205

8.4.2 重复性检验 205

8.4.3 相位残差多项式拟合检验 205

8.4.4 Ratio变率检验法 206

参考文献 208