基于VLBI模式的定位授时方法研究

论文摘要

定位导航授时(PNT)是描述时间和空间的关键技术,随着时代的进步与科技的发展,人类对PNT信息的依赖也日益增强。卫星导航系统的关键作用是为用户提供时间与空间参考以及各种相关的PNT信息。然而,当导航卫星因故障、打击或干扰等原因无法提供服务或者用户所处位置难以接收卫星信号时,对于仅利用卫星导航系统提供定位、授时等服务的用户而言可能会面临无法获得时间、位置等信息的问题。所以,研制不完全依赖卫星导航系统的多信号源、多技术融合以及满足多领域应用的导航定位手段就显得尤为重要。基于上述目的,本文提出一种利用甚长基线干涉测量(VLBI)技术作定位授时的方法,详细叙述了利用VLBI技术作定位授时的基本原理和方法,通过对转发式测轨系统观测数据生成的站间差分数据模拟VLBI观测数据及VLBI实测数据的定位授时解算,验证了这种方法实现的可能性。主要做了以下几方面工作:(1)详细介绍了利用VLBI技术作定位授时的原理和方法,建立了VLBI定位授时的数学模型。在仅以GEO卫星作为导航卫星时,加入地球椭球面约束方程对高程进行约束,同时,考虑了观测方程出现病态的情况,利用加权迭代改善法改善病态观测方程的条件数,提高方程解的精度;(2)研究了转发式测轨系统自发自收模式及一发多收模式的观测数据生成站间差分观测数据的原理及方法,对比分析了这种差分数据与VLBI观测数据的异同点,对这种模拟数据进行定位授时解算,解得用户在N方向定位精度约为10米,E方向约为1.2米,授时精度约为14纳秒,对计算结果进行了分析说明。同时,考虑到中国科学院国家授时中心VLBI2010系统仅有单颗卫星观测数据的现状,利用站间差分观测数据模拟这一情况,分析了在仅有单颗卫星观测数据的条件下作定位授时的可能性。其次,列举分析了影响定位授时精度的若干因素;(3)最后,应用中国科学院国家授时中心VLBI2010系统实际观测数据,在仅有单颗卫星观测数据的情况下,假设基站与用户之间钟差及用户在某一方向的坐标分量已知,解算用户其他两个方向的坐标值,当吉林站与三亚站站间钟差及三亚站X方向坐标已知时,吉林站解算三亚站N方向误差约为0.48米,E方向误差约为0.05米,将这一结果与用站间差分观测数据计算的结果进行了比较分析。另外,提出了一种利用VLBI自身对射电源观测数据的残差时延值计算基站坐标改正量的方法。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 引言
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究目的与意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 国外研究现状
•     1.3.2 国内研究现状
•   1.4 本文主要研究内容和章节安排
• 第2章 基于VLBI模式的定位授时原理及方法
•   2.1 三球交会定位原理
•   2.2 VLBI模式定位授时原理
•     2.2.1 伪距差概念
•     2.2.2 VLBI模式定位授时原理
•     2.2.3 VLBI模式定位方程求解
•   2.3 加入地球椭球面约束方程的定位原理
•     2.3.1 地球椭球面约束方程
•     2.3.2 椭球约束方程全微分处理解法
•     2.3.3 地球椭球方程在方程组外作为约束条件的解法
•   2.4 病态定位方程解法
•     2.4.1 病态方程定义
•     2.4.2 病态方程的加权迭代改善法
•     2.4.3 定位方程的联合解法
•   2.5 基于VLBI模式的定位授时系统建设实际考虑
•   2.6 小结
• 第3章 转发式卫星测轨系统观测模式
•   3.1 转发式卫星测轨系统
•   3.2 转发式卫星观测模式
•     3.2.1 自发自收观测模式
•     3.2.2 一发多收观测模式
•   3.3 站间差分观测模式
•     3.3.1 站间差分基本原理
•     3.3.2 站间差分观测模式
•   3.4 转发式卫星观测模式对比
•   3.5 小结
• 第4章 站间差分观测模式定位授时
•   4.1 转发式卫星系统定位试验
•     4.1.1 卫星分时观测
•     4.1.2 观测数据拟合阶数对比
•   4.2 转发式卫星系统定位授时结果
•     4.2.1 多方向定位结果
•     4.2.2 单方向定位结果
•   4.3 站间差分模式定位授时误差分析
•     4.3.1 精度因子DOP
•     4.3.2 主要误差源分析
•   4.4 小结
• 第5章 VLBI模式定位
•   5.1 VLBI几何原理
•   5.2 基于国家授时中心VLBI2010系统现状的定位方法
•   5.3 VLBI模式定位
•     5.3.1 试验方法
•     5.3.2 VLBI模式定位结果
•   5.4 基站坐标改正方法
•     5.4.1 基站坐标改正原理
•     5.4.2 坐标改正计算结果
•   5.5 小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王霄

导师: 雷辉,杨旭海

关键词: 定位授时,坐标,站间差分,技术

来源: 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学,自然地理学和测绘学

单位: 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

分类号: P127.1;P228.6

总页数: 83

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