摘 要

北斗卫星导航系统是我国独立研发的卫星导航定位系统，具备自主知识产权，成为继GPS、GLONASS之后，第3个可提供定位导航服务的卫星导航系统。北斗卫星导航系统可为用户提供定位、导航和授时服务，并具有短报文通信功能。单点定位也称为绝对定位，是利用一台接收机的数据来确定接收机的位置，它只能采用伪距观测量，可以用于车辆和船只的概略导航定位。本论文将介绍北斗卫星的发展现况、北斗卫星导航系统、利用北斗卫星进行单点定位的工作原理、在解算基础上的精度评定、定位中存在的各项误差并提出避免或削弱的模型和方法以及利用MATLAB软件进行BDS单点定位的程序的软件开发，最后完成完整的程序应用。

关键词：北斗卫星导航系统单点定位卫星位置解算精度评定

ABSTRACT

BeiDouSatelliteNavigationSystem is the global satellite navigationsystemdeveloped by China independently whichChina has the intellectual property rights,following the US global positioning system GPS, and Russia's GLONASS,whichnow has been positioned on the first of three international satellite navigation system.It will provide a high quality user positioning, navigation and timing services, and has a short message communication functionadditionally.Single-point positioning is based on the observation data of a receiver to determine the way of the receiver position, it can only use pseudorange observations, it can also be used for travel and other schematic navigation and positioning, also known as "absolute positioning". This paper describes the current status of the development of the BeiDouSatellite, the BeidouSatelliteNavigationSystem, using a single point of the BeiDou satellite positioning works in the accuracy of calculation based on the assessment, the positioning error exists and proposes a model to avoid or weaken and methods and software development using matlab software BDS point positioning program, and finally complete the full program application.

Keywords:BeiDouSatelliteNavigation Single-Point Positioning satellite position calculation accuracy of calculation assessment

目 录

摘要 II

ABSTRACT III

第一章引言 1

1.1研究背景 1

1.2研究的目的与意义 1

第二章BDS卫星导航系统介绍 2

2.1北斗卫星导航系统基本组成 2

2.1.1空间端 2

2.1.2地面控制端 2

2.1.3用户端 2

2.2北斗卫星导航系统主要功能 2

2.2.1快速定位 2

2.2.2短报文通信 3

2.2.3精密授时 3

2.3北斗卫星导航系统星历 3

2.4坐标系统 4

2.5时间系统 4

2.6单点定位误差分析 5

第三章单点定位误差分析 6

3.1与卫星有关误差 6

3.1.1卫星星历误差 6

3.1.2卫星钟误差 6

3.2与接收机有关的误差 7

3.2.1接收机钟误差 7

3.2.2接收机安置误差 7

3.3与信号传播有关的误差 7

3.3.1电离层折射误差 7

3.3.2对流层折射误差 8

3.3.3多路径效应误差 8

第四章BDS单点定位原理 9

4.1卫星位置计算原理及步骤 9

4.2伪距观测方程及其线性化 12

4.3定位解算流程 13

第五章BDS单点定位程序设计与实现 15

5.1主要函数及其功能 15

5.2数据分析 23

第六章参考文献 26

第七章致谢 27

第一章引言

1.1研究背景

全球卫星导航技术的发展脱离了美国GPS一家独大的趋势，各国家和地区研究拥有自主知识产权的卫星导航系统，目前GPS、GLONASS已经建成并投入各项用途，将卫星导航定位理论与应用提高到了一个新的层次，极大的促进了导航产业的巨大发展。

现在覆盖全球的卫星导航系统主要有GPS全球卫星导航，其他的几大导航系统在全球定位上还不够全面，目前北斗正在不断实现覆盖全球的目标。作为第一个出现的全球性的卫星导航系统，GPS本身有优点也有缺点，其他几个卫星导航系统也在研究中不断采用新技术，汲取优点克服缺点，比如GLONASS，Galileo，北斗导航定位系统。

1.2研究的目的与意义

卫星单点定位指的是使用星历卫星和卫星接收机的来确定接收器的坐标的方法，一个点的位置只需要一个接收机的观测数据就能够进行定位，并且在组织外业观测时能方便简单的实现，处理数据也较为简单。此外，对于卫星导航发展的重要性，发展自己的定位系统，不仅可以减少对美国军事和技术的依赖，而且市场利益巨大。在国家有了自己的卫星定位系统后，就可以拥有自己的卫星定位用户，同时也可以出售设备。对于北斗导航来说，国内的市场长期被GPS所主导，市场利益被瓜分，在北斗导航定位系统的不断发展中，将逐渐占领国内市场，并且不断走向国际，面向全球。

第二章BDS卫星导航系统介绍

2.1北斗卫星导航系统基本组成

北斗卫星导航系统（BDS）是我国自行研制的独立运行的全球卫星定位与通信系统，系统由空间端、地面端和用户端组成。

2.1.1空间端

北斗卫星导航系统由35颗卫星组成，包括三颗倾斜同步轨道卫星(IGSO)、五颗地球静止轨道卫星(GEO)、二十七颗中地球轨道卫星(MEO)。固定位置在地球静止轨道的东经58.75°，80°，110.5°，140°，160°，在三个轨道平面绕地球卫星，轨道面均匀分布并且之间间隔开120°。到2012年，已经发射了16颗卫星，五颗地球静止卫星，五颗倾斜地球同步轨道卫星在地球55°轨道面上，四颗中地球轨道卫星在地球55°的轨道面上。

2.1.2地面控制端

地面控制端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，主要用来接收卫星信号并发送给主控站，实现监测卫星和确定卫星轨道，为时间同步提供观测资料。

2.1.3用户端

用户端是指各种类型的北斗用户终端，包括北斗用户终端和多系统兼容终端。

2.2北斗卫星导航系统主要功能

2.2.1快速定位

北斗卫星可为服务区域内的用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务，定位精度与GPS相当。

2.2.2短报文通信

北斗系统用户终端具有双向数字分组通信功能，用户可以传送多达120个字符的短消息通信。

2.2.3精密授时

北斗导航系统具有单向和双向同步的功能，取决于使用定时用户终端的定位精度，与时间和频率北斗导航系统之间的完全同步，提供100ns（单向同步）和20M（双向同步）的时间同步的精度。

2.3北斗卫星导航系统星历

卫星星历，又称为两行轨道数据（TLE，Two-Line Orbital Element），用开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定卫星的各项参数，具有极高的精度。星历是实时的，有效期为星历参考时间的前后两小时，是靠监测站对卫星的实时监测进行更新的，轨道参数精度较高，大概在米级别的。卫星星历的时间按世界标准时间（UTC）计算。目前，北斗卫星星历有公开的广播星历（预报星历）和正在研发的精密星历（后处理星历）。

1. 广播星历

北斗广播卫星星历提供了16个参数，其中包括一个星历参考时刻，十五个轨道参数。北斗数据的格式没有统一的规定，标准数据格式RINEX3.1里也没有BDS星历数据的标准。但是BDS的卫星轨道参数和定位原理都与GPS的相似，所以编写BDS数据时采用RINEX格式。此外，BDS参数是以北斗时和2000中国大地坐标系为基准，采用“C”字母来对卫星编号，导航文件命名为C文件。

1. 精密星历

国家的某些部门根据建立的跟踪站所获得的精密观测数据资料，应用与确定预报星历相似的方法计算的卫星星历又称为精密星历，也称为后处理星历。它可以向用户提供在观测时间的卫星星历，避免预报星历外推的误差。

2.4坐标系统

GPS系统定位通常采用空间直角坐标系，坐标系的原点为地球质心，根据坐标轴的指向不同，坐标系分为天球坐标系和地球坐标系。在GPS测量中常用的是WGS-84坐标系、1954年北京54坐标系和1980年国家大地坐标系。

北斗卫星导航系统采用 2000 中国大地坐标系（CGCS2000）。 CGCS2000 大地坐标系的定义如下：