BDS星基增强系统信息处理关键技术研究

作     者：田耀召 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张勤;王乐

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：星基增强 完好性 差分改正信息 UDRE/DFRE 性能评估 卫星出入境 

摘      要：为了满足航空用户高精度和完好性的需求,世界各航天强国争相建设各自的星基增强系统,实现了广域范围内的导航定位精度提升,在一定程度上改善完好性、可用性、连续性等指标,为民航用户开创了一种相对造价更低、硬件设备投入更小、可实施性更强的导航服务模式。我国北斗星基增强系统已完成初步建设,即将由中国民航开展单频增强服务的测试与认证等工作,同时也在推进DFMC SBAS标准制定,以推动北斗全球卫星导航系统在航空等高生命安全领域的应用,提高和扩展北斗系统的用户体验。结合BDSBAS的时代背景及工程建设,对信息处理关键技术展开研究,以期为我国星基增强系统建设和应用提供科学支撑,主要研究内容如下,(1)针对数据预处理方法进行系统归纳和总结,构建星基增强监测站原始观测数据预处理体系,为解算差分改正和完好性参数信息提供基本观测数据。(2)系统介绍基于递归最小二乘原理的单/双频卫星改正信息估计方法、基于解析原理与统计原理的UDRE/DFRE估计方法、基于过程矩阵的协方差矩阵信息估计方法。实现了星基增强改正数和完好性信息解算。分析对比差分改正信息与事后高精度轨道误差、钟差的时间序列,整体趋势较为一致;基于增强改正信息对广播星历进行修正后,解算得到同站多星的伪距残差具有明显的集中化趋势,验证了算法的有效性。分析对比基于统计原理与解析原理估计得到的UDRE/DFRE信息,基于解析原理估计得到的参数信息对于卫星空间状态的变化体现出更强的时空特性,同时揭示了高度角与UDRE/DFRE的变化关系。(3)针对卫星伪距残差异常跳变问题,采用了基于“滑动窗口的处理方法,对增强卫星异常伪距残差进行有效探测及剔除,使伪距残差范围稳定在阈值范围内,明显改善伪距残差的异常跳变,降低异常伪距残差对站间时钟同步的负面影响。(4)针对卫星出入境失锁问题,提出了基于“流动切换基准站的处理方法,可有效增加改正信息中的增强卫星数量,同一时间段由7～8颗提升至9～10颗;对于用户端增强定位精度具有明显提升效果,E/N/U方向提升幅度分别为32.72%、14.05%、64.78%,保证了用户端高精度性能需求。(5)从定位精度、完好性、可用性、连续性四个方面对单频/双频增强服务性能进行评估;并同时评估了星历/星钟改正信息不确定度、UDRE/DFRE对最差用户位置的包络概率;最后对同监测站多路数据源解算的增强信息进行一致性检验。合理的评估方法与可靠的试验结论,是系统稳定运行维护的有效保障,能够在一定程度上促进星基增强系统建设与发展过程中的性能提升。