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1、北斗系统及GNSS多星座组合导航性能研究曾庆化,刘建业,胡倩倩,杨迪(南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016)摘要:针对北斗、GPS、GLONASS和GALILEO等单星座系统定位中存在的定位精度不足、可见星不多、定位可靠性不强等问题,研究了一种利用北斗、GPS、GLONASS和GALILEO多星座信息在统一坐标系中采用最小二乘法进行组合导航定位的方法。仿真结果表明:北斗与GPS双系统的定位精度优于单纯的北斗系统精度,而采用北斗/GPS/GLONASS/GALILEO多星座组合导航定位能够有效提高用户的
2、定位精度和可靠性,研究成果对北斗系统的精度验证和多星座接收机的实现具有参考意义。关键词:北斗;GNSS;多星座组合;组合导航中图分类号:P228文献标志码:A文章编号:10089268(2011)01005305[56和GALILEO的导航电文信息],根据接收到的0引言导航电文信息计算得到卫星在空间的瞬时位置坐现有的四大全球导航卫星系统分别是:我国正标,结合测量获得的用户到卫星的相对距离,利用在建设的北斗第二代卫星导航系统、美国GPS、俄多球定位原理计算出用户在空间的位置,实现高精罗斯GLONAS
3、S和欧盟的GALILEO系统。由于度的定位和导航。需要注意的是,由于各系统之间各独立卫星导航系统的星座定位精度使用权限有存在时间偏差,以及坐标系不同,在多星座组合导所限制,因此可靠性得不到保障,并且可见星受到航中首先要统一时间和空间参考系。[1]应用环境影响较大,用户在可见星数目较少的情在多星座组合定位系统中,由于不同的坐标系况下,难以得到满足精度要求的结果,甚至无法进得到的数据格式和结果都有差别,必须将四者转换行定位解算。为了有效地发挥四个导航定位系统到统一的时间和坐标基准下进行解算。表1为北[78]综合优点,将北斗与其
4、他定位系统进行组合导航,斗和其它导航系统的参数比较。[23]获得高精度、高可靠性的用户定位精度具有重2多星座组合导航算法研究要意义。研究了将不同星座统一并进行多星座组合导航解算的方法,同时利用最小二乘法实现多星2.1多星座组合系统观测方程和坐标转换座定位解算[4]仿真,仿真结果表明,多星座组合导各种星座的导航卫星测码伪距的观测方程都航定位算法能够有效提高卫星导航定位精度和可可统一写为22靠性。i=[(x-xsi)+(y-ysi)+1(z-z221多星座组合导航定位原理及其参si)]+ctu(1)式中,(x,y,z
5、)和(xsi,ysi,zsi)分别为用户和卫星i数分析在地球坐标系中的位置坐标。北斗、GPS、GLONASS和GALILEO组合导为解算用户的实时位置,对三个坐标系间的直航定位,即接收机同时接收北斗、GPS、GLONASS收稿日期:20100701基金项目:国家自然科学基金重大研究项目(91016019);南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目资助(NS2010084)联系人:曾庆化Email:zengqh@nuaa.edu.cn2011.1/全球定位系统53角坐标进行转换,要综合考虑不同星座的坐标原点有较
6、多应用的七参数Bursa转换公式实现坐标的的平移、坐标轴之间的旋转以及由于各直角坐标系转换。的刻度单位不尽相同而引起的尺度变化。采用具表1北斗与其它全球导航卫星系统参数比较表星座系统北斗系统GPS系统GLONASS系统GALILEO系统卫星数目27+3+5242427+3轨道面个数363336000km(GEO)轨道高度36000km(IGSO)20200km19100km23616km21540km(MEO)运行周期12h50min11h58min11h15min14h22min轨道倾角55(MEO)5564.85
7、6B12:1589.74E1:1575.42L1:1575.42载波频率B1:1561.1L1:1062~1615.5E5a:1176.45L2:1227.60(MHz)B2:1207.14L2:1246~1256.5E5b:1207.14L5:1176.45B3:1268.52E6:1278.75传播方式CDMACDMAFDMACDMA时间系统ChinaUTCGPSTGLONASSTGST坐标系统BJ54WGS84PZ90ITRF962.2多星座组合系统定位解算位解算。不妨将4个系统的时间和坐标都统一到GPS
8、假设观测到n颗GPS卫星、m颗北斗卫星、k系统的时空参考系,则观测方程可统一成如下形颗GLONASS卫星和l颗GALILEO卫星,则组式:合定位方程的矩阵形式及其解形式可以分别表示jj2i2i=((xu-xi)+(yu-yj)+为j21T-1T(zu-zi))2+cti(3)AX=B;
