低轨卫星广播星历模型与算法

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1、分类号:P22810710-2015126034硕士学位论文低轨卫星广播星历模型与算法关梅倩导师姓名职称焦文海研究员申请学位级别工学硕士学科专业名称大地测量学与测量工程论文提交日期2018年4月23日论文答辩日期2018年6月5日学位授予单位长安大学LEOSatelliteBroadcastEphemerisModelandAlgorithmAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GuanMeiqianSupervisor：JiaoWenhaiChang’anUniversity,Xi’an,C

2、hina论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名年彡ｎ＾曰论文知识产权权属声明。本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术

3、论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年６月々曰导师签名：如許／月曰Ｈ《摘要利用低轨卫星发播导航增强信息与导航信号，可提高导航系统定位精度与完好性，实现导航系统备份能力，同时较强的低轨卫星信号使得导航系统在强干扰、严遮蔽的复杂环境中提供可信、连续的位置信息服务成为可能。文章围绕低轨卫星增强导航卫星这一主题，内容涉及低轨卫星星座设计及低轨卫星广播星历参数设计。主要工作及成果如下：（1）选取80颗轨道高度为1000km的卫星组成低轨卫星星座，卫星星座构型为W80/8/1，卫星轨道倾角为5

4、5°，可实现除高纬地区90%的全球覆盖，南北纬80°范围内低轨卫星单星座PDOP值在1~10之间。同时论证了该星座增强北斗全球系统（3GEO+3IGSO+24MEO）的情况。仿真结果表明，低轨卫星星座的加入使得BDS星座最大PDOP值降低20.5%，最小PDOP值降低13.5%，平均PDOP值降低17%。（2）将GPS16/18参数应用于500km~1500km轨道低轨卫星，拟合残差在2cm~20cm之间。针对较大的拟合残差，对CHAMP卫星进行谱分析，结果表明，卫星轨道长半轴具有T/2短周期项，轨道偏心率与近地点幅角具有T/3和T周期短周期项。

5、在此基础上设计了22、24参数的低轨卫星广播星历。仿真及实测结果表明，22参数20min拟合时长下，500km轨道高度卫星拟合URE优于6cm，1500km轨道高度卫星拟合URE优于2cm；10min拟合弧长下，拟合URE优于1cm。轨道高度为500km时，20min拟合时长下22参数与24参数拟合精度相当，轨道高度为1500km时，24参数拟合精度优于4mm。出于降低计算复杂度且减少数据占位比的考虑，文中建议采取22参数的低轨卫星广播星历。进一步，依照GPS16/18参数给出了22参数的占用比特数。（3）提出了SP3形式的低轨卫星广播星历。该星

6、历形式直观，用户算法简单，利用拉格朗日插值算法即可获得卫星位置。1000km低轨卫星插值结果表明，用户需要获得30s、1s时间间隔卫星位置时，10min时长的广播星历，插值阶数大于14阶后可达到cm级精度。5min时长广播星历插值阶数大于8阶后即可达到cm级精度。考虑到数据发播及降低星上处理复杂度，建议采取发播历元间隔为10min的SP3格式星历。对其电文格式分析表明，发播ASCII形式的SP3文件，每历元占用720个比特，采用二进制文件格式时占用比特数为232，减少约66%数据负载量。关键词：低轨卫星，导航增强，星座设计，广播星历IAbstra

7、ctLowearthorbit(LEO)satellitesbroadcastnavigationaugmentationinformationandnavigationsignalswillimprovethepositioningaccuracyandintegrityofnavigationsystemsandachievebackupcapabilitiesofnavigationsystems.Atthesametime,itispossibletoprovidetrustedandcontinuousnavigationservice

8、sinacomplexenvironmentwithstronginterferenceandstrictobscurationsinc