论文总字数：14893字

摘 要

BDS全称名为北斗卫星导航系统，为我国近年来自主研发的能独立运行的全球第三大卫星导航定位系统。目前已经初步具备区域导航、定位和授时能力，并处于日趋完善中。BDS由用户段、地面段和空间段三部分组成，在阅读大量BDS相关文献之后，本论文先分析BDS系统的差异特点与定位原理和方法，从研究BDS卫星坐标系统、时间系统与运行轨道入手，编写基于开普勒轨道参数和摄动参数的卫星轨道计算程序，计算各轨道卫星坐标，利用最小二乘法实现精度评估，利用BDS观测数据和卫星轨道，建立误差方程并进行线性化，编程实现单历元位置和接收机钟差的最小二乘估计，对BDS单点定位的位置参数和钟差参数精度进行评估，最终对MATLAB开发出功能可靠的计算程序调试并进行算例结果分析。

关键词：BDS 单点定位 开普勒轨道参数 最小二乘法 MATLAB

Abstract

BDS full name of the Beidou satellite navigation system, for China's independent research and development in recent years, the world's third largest satellite navigation and positioning system. At present we have regional navigation, positioning and timing ability, and is increasingly perfect. BDS by the user segment and the ground segment and the space segment consists of three parts, after reading a large number of BDS related literature, this paper first analysis of different characteristics and positioning principle and method of BDS system, starting from the study of BDS satellite coordinate system, time system and orbit orbit parameters and Kepler write based on perturbation parameter calculation of satellite orbit the program, calculate the orbit satellite coordinates, to achieve accuracy evaluation by using least squares method, using BDS data and satellite orbit, establish the error equation and linear programming, single epoch position and receiver clock error of the least squares estimation of BDS single point positioning location parameters and clock parameters to evaluate the accuracy of the final, MATLAB development a reliable function calculation program and debugging results of the example analysis.

Key words: BDS single point positioning Kepler orbital parameters least square method MATLAB

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 BDS概述 1

1.2 BDS坐标系统和时间系统 1

1.3 BDS卫星轨道的特点 2

1.4 北斗系统定位原理 4

1.5 本课题拟研究的内容 4

第二章 卫星轨道计算程序 5

2.1 北斗卫星导航电文 5

2.2 北斗卫星广播星历参数拟合 5

2.3 北斗卫星导航信号 6

2.4 北斗卫星坐标计算 6

第三章 BDS单点定位程序开发 12

3.1 基本观测量与定位模型 12

3.2 精度评定 14

3.3 MATLAB程序运行 16

第四章 成果分析 17

第五章 论文总结 19

参考文献 20

致 谢 21

第一章 引言

1.1 BDS概述

我们称BDS为北斗卫星导航系统或北斗导航定位卫星，它是我国近年来自主研发的能独立运行的世界第三大卫星导航定位与通讯系统。北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。BDS目前在轨运行的卫星或者说它的空间星座有三类：地球同步轨道卫星（简称GEO，共5颗）、倾斜地球同步轨道卫星（简称IGSO，共3颗）和中圆轨道卫星（简称MEO，共27颗）。北斗卫星导航系统的范围目前已可以覆盖全世界，精度已经可以达到10米指标，不仅具备GPS和伽利略系统的功能，也具备短报文通信功能。该系统由用户段（北斗设备终端）、地面段（主控站和监测、若干注入站等）和空间段（运行卫星）组成，其中北斗设备终端也兼容GPS、GLONASS、GALILEO。但他与GPS、GLONASS、GALILEO三大卫星相比，在星座组成、运行轨道、覆盖范围、定位原理、卫星坐标计算、定位精度等方面存在差异。它已获得国际海事组织与联合国正式认可，是我国空间发展的基础和国际未来导航这一领域的重要贡献者。

1.2 BDS坐标系统和时间系统

（1）坐标系统

BDS的坐标系统是采用的2000中国大地坐标系（CGCS2000），CGCS2000属于高精度的国际协议地球参考系（ITRS）。该地心大地坐标系如图1-1所示：

图1-1 CGC2000坐标系定义的示意图

图1-1中可以看出是以地球质心（地球质量的中心）为坐标原点O，同时坐标原点O也为参考椭球的几何中心；以坐标原点O指向国际地球自转服务组织（IERS）定义的参考极（IRP）方向为Z轴，同时Z轴也是参考椭球的旋转轴；以赤道与IERS定义的参考子午面的交点到原点的连线为X轴，该轴同时与Z轴正交；以过坐标原点O垂直于平面XOZ的直线为Y轴；这样的坐标原点O、X轴、Z轴和Y轴就构成了右手坐标系。

而世界上另两大卫星导航系统GPS与GLONASS采用的坐标系统分别为：世界大地坐标系统（WGS-84）与地球参数坐标系统（PZ-90）。这三种坐标系采用的参考椭球基本常数如下图1-2所示：

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