基于SIGSO通信卫星的导航星座原理与算法研究

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文培养单位：生国抖堂随国塞云塞鱼2013年5月．OnPrincipleandAlgorithmforaNavigationConstellation一．ComposedofSIGSOCommunicatio．，n．．，．．．．．．．S．．，a，t．．，．．．e．．．．．．．1．．．．．1．．．．i．．．．．t．．．．．．e．．．．．—s—HaifuJiADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSci

2、encesInpartialfulfdlmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyNationalAstronomicalObservatories，ChineseAcademyofSciencesMay，2013摘要全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)的发展方兴未艾。GNSS为全球用户提供全天候、高精度、多用途的导航、定位和授时服务。GNSS不断地改变着整个人类的日常生活和行为方式，其发展和应用往往只会受到人们想象力的限制。中国区域定位系统f

3、ChineseAreaPositioningSystem，CAPS)首次利用商用通信卫星组建导航星座，开创了全频段通信拓展到全频段导航的新时代。在倾轨操作下，寿命接近末期的地球静止轨道(GeostationaryOrbit，GEO)通信卫星逐渐漂移成小倾角倾斜同步轨道(SlightlyInclinedGeostationaryOrbit，SIGSO)通信卫星。SIGSO卫星为星座的几何结构引入了南北分量，使得基于SIGSO卫星的导航系统能够提供三维定位服务。此外，SIGSO卫星的丰富频率可以用来等效改善星座的几何布局，获得高精度的伪距测量，以及实现导航与通信的

4、一体化。在CAPS原理的基础上，本论文主要研究基于SIGSO卫星的导航星座的原理与算法，具体内容安排如下：·第一章，回顾了卫星导航简史，概述了GNSS的发展现状，并介绍了CAPS的基本原理。·第二章，研究了基于SIGSO卫星的导航星座原理。利用CAPS短精码测量伪距，结合物理精度增强因子，基于SIGSO卫星的导航系统有望在覆盖区域内实现与GPS粗捕获码相当的定位性能。当采用三频码相位一载波相位组合新方法时，基于SIGSO卫星的导航系统甚至可以获得GPS精码的定位精度。·第三章，提出了DS-R(DopplerShift-Range)定位算法和基于HDOP(Hor

5、-izontalDilutionofPrecision)和VDOP(VerticalDilutionofPrecision)的优化选星算法，并开展了闭合形式解和卡尔曼滤波在CAPS中的应用研究。·第四章，总结了全文工作，并对未来工作进行了展望。基于SIGSO通信卫星的导航星座原理与算法研究关键词：SIGSO通信卫星，导航星座，多普勒频移，DS．R定位算法，DOP，选星算法，闭合形式解，卡尔曼滤波AbstractGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)hasburgeonedinrecentyears．GNSScapriprov

6、idehigh-accuracyandversatilePosition，VelocityandTime(PVT)serviceswithglobalcoverageandall-weathercapacity．GNSScontinuestotrans-formthewaywethinkandact，itsdevelopmentsandapplicationsareonlysub-servienttoourimagination．TheChineseAreaPositioningSystem(CAPS)，whichfirstlyadoptedcommercia

7、lcommunicationsatellitestoconstitutenaviga-tionsystem，usheredinaneweraoffull-bandnavigation．OnthebasisofCAPS，thedissertationproposestodeploysnghtlyinclinedgeostationaryorbit(SIGSO)communicationsatellitesinnavigationconstellation．SIGSOsatellitesarederivedfromgeostationaryorbit(GEO)co

8、mmunicationsatellit