论文总字数：15628字

摘 要

目前，随着我国BD卫星的研制成功，BD导航系统也已完全具备区域独立导航定位的能力。本论文从先介绍国内对BD卫星单点定位研究现状着手，然后了解BD卫星的坐标以及时间系统，知道如何与GPS的坐标时间系统进行转换。再通过BD卫星的星历以及轨道计算，利用伪距测量单点定位模型来对数据进行分析。然后用Matlab对BD卫星单点定位进行程序设计，然后计算不同类型卫星的轨道，实现单历元位置和钟差的估计。以及对BD2卫星的轨道计算方法和利用最小二乘原理进行分析。

关键字：BD卫星 单点定位 Matlab

BD2 single point positioning program design

Abstract

At present, with the development of the BD satellite, the navigation system of BD has the capability of the regional independent navigation and localization.This paper from the introduction the BD satellite positioning of hands, and understanding of BD satellite coordinate and time systems and know how to with the GPS time coordinate system conversion. Through the calculation of BD satellite ephemeris and orbit using pseudorange model to analyze data.Then using MATLAB to BD satellite positioning of program design, and then calculating the different types of satellite orbit, single epoch position and clock offset estimation. And the orbit calculation method and the least square principle of BD2 satellite are analyzed.

Key word: BD Satellite; Single point positioning; Matlab

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 国内外现状和动态 1

1.3 本课题拟研究的内容 2

第二章BD坐标系统和时间系统 3

2.1 BD坐标系统 3

2.2 BD时间系统 4

2.3 GPS与北斗坐标系统与时间系统的转换 4

第三章BD卫星星历及卫星位置计算 6

3.1 BD卫星星历 6

3.2 BD系统MEO与IGSO卫星坐标计算方法 7

3.3 BD中GEO卫星坐标计算 10

第四章 BD单点定位模型 12

4.1伪距测量单点定位模型 12

4.2 BD伪距单点定位数据处理 14

4.3精度评定方法 14

4.4程序设计 16

4.5 算例分析 17

第五章 总结与展望 20

参考文献 21

致谢 22

第一章 绪论

1.1 概述

截至目前，我国已发射9颗北斗二代导航卫星，7颗卫星可进行正常观测，北斗二代导航系统已完全具备区域独立导航定位的能力。随着北斗导航定位系统建设进程的推进，越来越多的人开始关注北斗导航定位的性能。而北斗卫星采用码分多址技术识别和处理不同卫星的信号，与GPS系统具有互操作性。在利用北斗卫星进行定位时，基本原理、方法与GPS大致相同。

北斗导航系统建设的基本原则是:开放性、自主性、兼容性、渐进性。

开放性:北斗卫星导航系统将为用户免费提供高质量的开放服务, 并且欢迎全球用户使用北斗系统。中国将与其他国家就卫星导航有关问题进行广泛深入的交流与合作, 以推动GNSS 及其相关技术和产业的发展。

自主性:中国将独立自主地发展和运行Compass系统。北斗系统能独立为全球用户提供服务, 尤其是为亚太地区提供高质量的服务。

兼容性:北斗卫星导航系统使用卫星无线电导航业务频段, 与其他卫星导航系统间存在频谱重叠。我国愿意在国际电联有关规则、建议的指导下通过频率协调, 实现与其他系统的兼容和互操作。

渐进性:北斗系统将依据中国的技术和经济发展实际, 遵循循序渐进的模式建设。通过改进系统性能, 确保系统建设平稳过渡, 为用户提供长期连续的服务。北斗系统的发展分为三步:验证系统、扩展的区域导航系统和全球导航系统。

1.2 国内外现状和动态

北斗卫星导航系统由于起步较晚, 国际国内卫星导航市场已基本被GPS 和GLONASS 占领, 许多与卫星导航有关的先进设备进口相对困难, 所以北斗卫星导航系统的发展也面临严峻的挑战。

首先, 北斗面临无线电频率资源的竞争, 要实现北斗导航系统与其他卫星导航系统间的兼容与互操, 首先面临频率资源短缺问题;其次, 北斗坐标系统的最佳实现应该全球均匀建站, 但是目前情况下很难实现;第三, 卫星导航定位市场竞争也十分激烈GPS导航定位用户在国际市场上占有绝对垄断地位, 在国内测绘、导航领域也占据主导地位,GPS时间系统也已在国内电力、通信、交通、金融、空间技术等领域广泛应用, 要从现有GPS市场份额中占有一席之地十分困难。

北斗导航系统尚无健全的国家政策和标准为了掌握卫星导航的主导权, 北斗卫星导航系统一方面需要构建独立自主的导航定位与时间系统, 又要实现与其他卫星导航系统兼容与互操作,所以需要尽快制定较完备的卫星导航发展政策。北斗导航系统的发展除要满足国防建设急需外, 还应该促进国民经济建设的发展。但是若要实现北斗导航系统的良性发展, 又必须鼓励国际竞争, 反对垄断。没有竞争, 北斗的整体技术就很难进步。任何的市场垄断都可能影响北斗导航系统的技术进步, 都有可能葬送北斗导航事业。与北斗导航系统建设与应用相关的管理政策也急需明确, 多层次管理或不顺畅的管理都会影响北斗用户的拓展。

中国的导航体制要求有主动服务观念。任何的被动服务或消极服务都会影响北斗应用范围的拓展, 目前北斗市场占有率并不高, 特别需要北斗导航服务管理部门增强主动服务观念, 加大对北斗导航系统的宣传, 加快北斗导航系统的建设步伐, 提高北斗导航用户接收机的性能, 减小体积,降低价格, 从而迅速扩大北斗导航系统的用户群体。

北斗卫星导航也面临激烈的技术竞争。卫星系统性能与稳定性需要提高;原子钟技术、接收机技术、信号调制与捕获技术等都有很大的发展空间;与北斗导航系统相关的坐标系统和时间系统还有改进的余地;北斗地面跟踪站相对偏少, 几何结构不够合理;数据服务中心(类似于IGS)几乎处于空白, 相应的服务产品不够丰富。

1.3 本课题拟研究的内容

本课题以Matlab软件为平台，研究BD2单点定位程序设计，重点分析BD2单点定位程序实现问题，计算不同类型卫星的轨道，实现单历元位置和钟差的估计。具体研究的内容大致分为BD时间系统和坐标系统、BD卫星星历及位置计算、BD单点定位模型和案例分析。

第二章BD坐标系统和时间系统

2.1 BD坐标系统

北斗卫星导航系统，采用CGCS2000坐标系，CGCS2000是2000国家大地坐标系，属于地心大地坐标系，该系统以ITRF 97 参考框架为基准， 参考框架历元为2000.0。2000国家大地坐标系的大地测量基本常数分别为:长半轴a = 6378137m；地球引力常数GM=3.986004418×；扁率f = 1/ 298. 257 222101；地球自转角速度=7. 292 115×rad/s。2000中国大地坐标系的定义和实现，参考椭球的定义常数和导出常数以及相关的正常重力公式，坐标系的几点说明如下。2000中国大地坐标系符合ITRS(国际地球参考系统)的如下定义：

1)原点在包括海洋和大气的整个地球的质量中心；

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