基于卫星星历的BDS卫星轨道插值与拟合方法研究及精度分析

论文摘要

我国独立建设、自主发展的北斗卫星导航系统自从2012年底完成区域导航任务之后,它受到了人们越来越多的关注,在交通、金融、电力、农业、林业、公安、渔业等行业得到了广泛应用。由卫星定位基本原理可知,获取卫星轨道坐标是完成用户端定位的基础和前提。而卫星坐标常通过广播星历和精密星历获取。基于广播星历进行实时定位时,往往需反复计算卫星位置和速度,这会占用较多内存和降低效率。针对该问题,可将卫星星历拟合为一个时间多项式;精密星历提供的是精度较高的离散卫星坐标,而卫星定位数据处理中常需要更密集的卫星位置,为此可利用插值和拟合方法来求得任一时刻的卫星坐标。本文分别深入研究了拉格朗日插值法、牛顿插值法、切比雪夫多项式拟合法、最小二乘多项式拟合法和广义延拓逼近法的基本原理、表达形式、求解过程,探究了它们在北斗卫星坐标插值拟合中的具体应用。论文的主要工作内容和结论如下:(1)对基于北斗卫星广播星历的卫星轨道拟合方法和拟合精度进行了研究分析。研究了同一拟合时间间隔下不同阶数的拟合精度。在同一拟合阶数下,切比雪夫拟合法和最小二乘拟合法具有基本相同的拟合精度;利用切比雪夫拟合法,研究了同一拟合阶数下不同时间间隔的拟合精度。拟合时间间隔越短,一般拟合精度相对越高。(2)对北斗卫星精密星历插值方法和插值精度进行了研究分析。进行不同插值阶数下的非滑动式插值精度分析。拉格朗日插值法的插值精度要高于牛顿插值法;基于滑动式拉格朗日插值法,分析了不同插值阶数下的插值精度;利用拉格朗日插值法,对同一插值阶数下的非滑动式与滑动式插值精度进行对比分析。滑动式插值法具有更高的插值精确度。(3)利用滑动式切比雪夫拟合法,对北斗卫星精密星历拟合精度进行了分析。对同一拟合时段下的不同阶数的拟合精度进行了分析;然后对不同拟合时段下的最佳拟合阶数的精度进行对比分析。随着拟合时段的增加,其最佳阶数下的拟合精度有所提高。(4)基于滑动式广义延拓逼近法,对三类卫星的精密星历内插精度进行了分析。对于GEO卫星,单元域节点数与内插精度是一个确定的正相关关系;对于IGSO和MEO卫星,逼近函数项数和延拓域节点数取较高的数值时,其内插精度才会较高。(5)基于滑动式算法下的拉格朗日插值法、切比雪夫拟合法和广义延拓逼近法,利用它们的插值或拟合精度最高时的参数条件,对比分析了北斗卫星精密星历插值与拟合精度。对于GEO和IGSO卫星来说,三种方法的内插精度基本一致。综合精度和效率,拉格朗日插值法最好;对于MEO卫星来说,广义延拓逼近法的精度明显高于另外两种算法。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李振昌

导师: 李仲勤

关键词: 卫星星历,卫星轨道,插值,拟合,精度分析

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 兰州交通大学

分类号: P228.4

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000555

总页数: 75

文件大小: 2784K

下载量: 149

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标签：卫星星历论文;  卫星轨道论文;  插值论文;  拟合论文;  精度分析论文;