论文总字数：37891字

摘 要

随着卫星导航定位技术不断受到各国的重视，世界的卫星导航定位技术不断提高，如今卫星导航已进入百花齐放的时代。我国业已建成的北斗卫星导航系统虽然在精度上能与GPS相比较，但定位可靠性和定位可用性上无法与GPS相提并论。当使用单系统定位时，虽然数据处理量少且简单，但受到定位精度使用权限有限、卫星可见性受环境影响等实际情况的局限，而无法给用户提供足够高的定位精度，因此应用场合有限。为了保证系统的总体精度，文中的设计将使用BDS/GPS的融合定位，充分利用GPS卫星空间几何结构上的优势，有效避免单卫星系统定位方程系数矩阵的缺陷，改善定位环境，提高定位精度。

本文使用伪距计算法，在读取导航电文之后根据卫星位置和速度的计算公式计算出BDS卫星和GPS卫星在ECEF坐标系下的位置和速度，根据向量求模公式计算卫星与接收机之间的几何距离。再由距离获取大致的传输时间，用传输时间消除了地球自转产生的误差，然后修正由电离层效应、对流层效应、卫星钟差以及相对论效应产生的误差。再根据后方定位原理列出BDS/GPS融合定位观测方程，按照最小二乘算法解算出卫星接收机在ECEF坐标系下的位置误差和速度,最后进行精度分析。

BDS/GPS融合定位的实现将充分利用现有的卫星定位技术，在保障国家安全的前提下提高定位的精度和可靠性，有效地冲击美国GPS在世界形成的垄断，保证国家在安定的环境下发展经济，并为人民提供方便快捷的服务。

关键词：融合定位，北斗卫星导航系统，伪距，算法

A STUDY ON THE FUSION LOCALIZATION

METHOD OF BDS WITH GPS

Abstract

With the national attention to technology of satellite navigation and positioning growing, increasing breakthroughs have been made in the technology of satellite navigation and positioning, and those fields are like a hundred flowers in bloom. Although the precision of the established Beidou satellite navigation system can be comparable with GPS’s, its positioning reliability and positioning availability can’t be. When using a single navigation and positioning system, it has a simple data processing and small data amount, but the limitation of using permissions of positioning accuracy, satellite visibility affected by environment and other actual situations make it unable to provide reliable positioning accuracy. Therefore, its application fields are limited. In order to improve the positioning accuracy of this system, this paper introduces a design which uses fusion location of BDS and GPS, taking full advantage of the geometric structure of GPS satellite, and it effectively avoids the drawbacks of the single satellite positioning system equation coefficient matrix，improves the positioning environment and improves the positioning accuracy.

This design uses pseudo distance computing formula. After reading navigation message, the position and velocity of the BDS satellites and GPS satellites in the ECEF coordinates will be calculated according to their calculation formula, and then the distance between the satellite and the receiver will be calculated according to the method of the calculation of vector space mode. So the transmission time can be obtained, which will be used to eliminate the error generated by the earth's rotation. After that, the error caused by the ionosphere effect, the troposphere effect, the satellite clock error and the relativistic effect will be corrected. According to the principle of rear location, the BDS/GPS fusion positioning observation equation is listed, and finally, the error of position and velocity of the satellite receiver in the ECEF coordinates are calculated according to the least square algorithm. Finally, the accuracy of the calculation results is analyzed.

The implementation of fusion positioning of BDS and GPS will make full use of the existing satellite positioning technology, improve the positioning precision and reliability in the premise ensure of national security, impact the monopoly all over the world caused by American GPS effectively, ensure our country a peaceful environment to develop economic and provide humans convenient and efficient services.

Keywords: fusion positioning, Beidou satellite navigation system (BDS), pseudo distance, algorithm

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 BDS/GPS组合导航研究背景和意义 1

1.2 BDS和GPS的构成 1

1.2.1 BDS构成 1

1.2.2 GPS构成 2

1.3 嵌入式开发工具 2

1.3.1 硬件设计 2

1.3.2 软件构成 3

1.4 融合定位的发展 3

第二章 距离的计算及其误差的修正 5

2.1 卫星几何距离的计算 5

2.2 对流程延迟 9

2.2.1 对流层延迟简介 9

2.2.2 霍普菲尔德模型改正 9

2.3 相对论效应及修正 10

2.3.1 相对论效应简介 10

2.3.2 综合影响与校正 11

2.4 电离层效应及修正 12

2.4.1 电离层效应简介 12

2.4.2 电离层效应的改正 13

2.5 时钟产生的误差的修正 15

2.5.1 钟差简介 15

2.5.2 钟差的修正 15

第三章 BDS/GPS时空基准统一方法 17

3.1 时间系统 17

3.1.1 GPS时间系统 17

3.1.2 北斗时间系统 17

3.1.3 北斗时与GPS时的相互转换 17

3.2 坐标系统 18

3.2.1 大地坐标系 18

3.2.2 CGCS2000国家大地坐标系 18

3.2.3 WGS-84坐标系 18

3.2.4 坐标间的转换 19

第四章 BDS/GPS融合定位技术 21

4.1 单系统定位的计算 21

4.2 卫星速度解算 22

4.3 双模单点定位 23

第五章 实验结果与分析 27

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

致谢 36

参考文献（References） 37

绪 论

1.1 BDS/GPS组合导航研究背景和意义

如今科技的进步、社会的发展和生活条件的提高使人们对于衣食住行要求变得更高，但出行不便的问题仍然普遍存在，因此人们对于能精确引导、方便人们出行的导航定位的需求越来越高，这也带动了导航事业的发展。相对于其他方式的定位，卫星导航定位系统可以提供抗干扰性强的连续高精度立体覆盖的定位和测速。我国社会性质特别，国际地位的提升以及领土与海洋领地存在着重大利益，但如今美国对于中国的发展持有敌视态度，极力想要遏制中国的发展，并对中国市场虎视眈眈，因此我国需要有自主导航系统保证国家的安全，但如今导航定位却依赖于美国GPS定位终端，过度依赖对于中国国家机密和国家安全极为不利，因此我国迫切需要独立建成自主拥有的导航定位系统。

为了自主解决导航定位问题，提高人民出行条件和保障国家的安全，我国在1994年制定建立北斗自主卫星导航的计划，并从21世纪之初严格执行。自主卫星系统的建立坚持“先区域、后全球”的发展原则，预计将于2020年建成。在中国之前，美国、俄罗斯和欧盟均拥有全球卫星定位系统，我国自从2003年发送北斗一号备份星后，成为了世界上又一个自主建设卫星导航定位系统的国家。建设至今北斗卫星的技术水平仍然不够成熟，虽在某些技术层面与GPS相比，差距不大，但定位精度、可靠性和抗干扰性能上仍然无法跟GPS卫星相提并论，也就无法摆脱对美国GPS的依赖，更无法与在导航定位领域一家独大的美国相抗衡，打破其在世界范围形成的垄断局面。

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