galileo系统完备性理论及其应用分析-galileo system completeness theory and its application analysis.docx

摘要即将启用的GALILEO系统在许多方面具有GPS系统所不具备的优势和特点。该系统的建立和发展将具有广阔的应用前景。鉴于GALILEO系统完备性理论研究和应用的需求，本文在研究有关GALILEO系统完备性的概念、基本原理和已有算法等的基础上，提出了相应的理论方法，给出了其算法模型，建立了一套较为系统的、具有GALILEO系统自身特点的完备性理论，为GALILEO系统完备性理论的应用和发展提供了基础资料。论文主要内容如下：1．综合分析了现有GALILEO系统完备性概念和EGNOS/WAAS完备性基本理论方面的文献，明确了GALILEO系统中SISE、SISA、SISMA、WUL以及IF等概念、SISE/XPL预测机理和算法，系统化了GNSS完备性理论，总结了具有GALILEO自身特点的完备性理论雏形。2．分析了卫星轨道误差预报的精度需求，给出了卫星轨道误差的矢量预报精度为0.36m，标量精度为0.63m；系统地总结了卫星轨道误差随时间的变化规律；在此基础上，研究、选择了时间序列理论预测轨道误差，得出了多项式模型是预测SISE的基本模型的结论。在分析三次多项式时间序列预测SISE的基础上，研究了一种多项式时间序列模型预测SISE的新方法，该算法很大程度上提高了SISE的预测精度。3．基于卫星轨道误差随时间的变化规律和卡尔曼滤波理论的特点，提出了多项式卡尔曼滤波预测轨道误差的新理论；以三次多项式为例，构建了状态转移矩阵和其它参数；提出了多项式卡尔曼滤波预测卫星轨道误差的思想和方法。模拟分析表明：轨道误差产生的曲线若为抛物线型，则两种模型分别适合预测不同的抛物线类型；若曲线近似为直线型时，利用二次多项式模型预测精度较高；若预测前为直线型，预测段为弧线时，利用二次或三次多项式模型预测精度都较低，但两种模型预测的结果分布在曲线两侧，即具有一定互补性。根据此特性，以二次多项式和三次多项式作为基本模型，取两种模型预测结果的平均值，作为最后的预测值。数据验证，该算法预测的精度和可靠性满足SISE的预报需求。4．分析了WUL需要达到的精度要求，以及卫星至WUL的方向在地球球形体和i椭球体的危险圆上的变化范围，得出：WUL仅在地球球形体的危险圆上进行估计，即可满足GALILEO全球和区域完备性监测系统的精度需求。在此基础上，研究了一种有效估计WUL的新方法，建立了其算法模型，并进行可靠性和适用性分析，验证了该方法计算简单，修正SISE的精度高，且适用于全球。5．分析了我国及周边地区利用GALILEOGSS的两种布设方案监测SISE的精度，结果表明：（A）正常情况下，两种布设GSS的方案，监测SISE的精度仅在毫米的差别，其结果都不超过70cm，我国西南部的周边地区和东中沿海及近海区域，SISE的监测精度较低；（B）当我国周围Kra或Lus发生故障时，SISE监测的可靠性受到一定的影响，有必要在我国国内增设GSS。6．以我国某一IGS作为候选的GSS，联合30个GSSs，并假设Kra或Lus发生故障时，SISE的监测精度，研究了GSS的候选站，验证了GSS选取的合理性和可靠性，且得出：利用URUM和XIAN联合监测的精度高，稳定性较好，可靠性较强，是GSS理想的候选站。7．根据卫星定位原理，给出了SISE有效影响定位的等距离误差估计公式，提出了一种合理估计GALILEOVPL的新算法。关键词：GNSS；WAAS；EGNOS；GALILEO系统；完备性理论；测量不确定度；SISE；SISA；WUL；XPL；卫星轨道误差；预测；时间序列理论；卡尔曼滤波；iiABSTRACTGALILEOsystemthatistobeappliedhasmoreadvantagesoverGPS.Itsestablishmentanddevelopmentwillprovidebrightprospectsforapplication.BasedontherequirementofGALILEOintegrity,thispaperstudiedsomeconcepts,basicprinciplesandexistingalgorithm,proposedsomenewalgorithms,andestablishedaperfectGALILEOsystemintegritytheory,whichprovidedthebasictheoriesforGALILEOsystemandofferedthetechnologicalguaranteeandbasicmaterialsforsettinguplocalintegritysysteminourcountry.Themain contentsareasfollows:Basedonsomedocuments