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1、浙 江 理 工 大 学毕业论文(设计)诚信声明我谨在此保证：本人所写的毕业论文(设计)，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文(设计)主体均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人(签名)：年 月 日摘 要随着微电子技术和便携式移动通信设备的发展，对GPS星座设计优化的需求越来越迫切。由于GPS信号极其微弱，要想获得良好的导航定位效果，除了提高GPS卫星导航精度以外，设计好一个使用性强并且而且接受信号好的一个GPS卫星星座是非常重要的。而且还要进行精确的选星计算才能使GPS的覆盖率更加的广阔而且
2、准确度更加的强本论文通过对GPS星座设计和选星计算发展现状的了解，介绍了几种常见的卫星星座的设计方法，并且还进行了卫星位置的计算。而且也进行了选星算法的比较，比较了多种的选星算法并指出了这些选星算法的优缺点。并且选择了比较合适的选星算法进行选星计算。最后将上述的结果进行了仿真，并得到了理想的仿真结果。AbstractAs themicroelectronics andthe development ofa portable mobile communications equipment,GPSconstellationdesign optimizationofthe demand formor
3、e and moreurgent. TheGPSsignalis extremelyweak, in order toget a good navigationresults, in addition toimprovingaccuracythan GPSsatellite navigation, design, anda goodoneto use strongandgoodsignal is received byaGPSsatellite constellationis veryimportant.But alsoaccurateGPS satellite selectioncalcul
4、atedto makeeven moreextensive coverageandhighaccuracyeven more ThepaperbyConstellation DesignandGPSsatellite selectionDevelopment ofunderstanding ofcomputing introduces some commonmethodsof satelliteconstellation de sign, and alsoforthe calculation ofsatellitepositions.But alsosatellite selectionalg
5、orithmswerecompared, comparea varietyofsatellite selectionalgorithmand point outthe advantages and disadvantagesof thesesatellite selection algorithm.And selectamore appropriateselectionalgorithms electedStarStarcalculation.Finally,the results ofthe simulation, andsimulation resultshave beensatisfac
6、tory 目 录摘 要Abstract 摘 要IIAbstractIII目 录I第1章 绪论11.1 选题意义和论文任务11.2 国内外研究现状与趋势11.3 论文结构3第2章 GPS星座设计42.1 GPS卫星星座42.2 几种常见的卫星星座设计方法52.2.1 椭圆轨道卫星设计6第3章 GPS选星算法12第4章 GPS星座设计和选星仿真124.1 GPS星座设计仿真124.1.2 编程工具的选择134.1.3 可行性分析134.1.4 设计的流程134.1.5 结果134.2.1选星中GDOP的计算方法154.2.2模糊选星法184.2.3模糊选星法的优点19第5章 总结22参考文献23致
7、谢25附录26I浙江理工大学信息电子学院本科毕业论文(设计)第1章 绪论1.1 选题意义和论文任务GPS卫星星座由24颗卫星，外加3颗备用卫星。24颗卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布4颗卫星。各卫星轨道面长半轴为26609km，偏心率为0.01，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55，各卫星轨道面升交点赤经相差60，在相邻轨道上卫星的升交距角相差30，卫星高度为20200km，卫星运行周期为11小时56分钟。这样轨道参数的一颗卫星能覆盖地面面积38。卫星运行到轨道的任何位置上，它对地面的距离和波束覆盖面积基本上不变。同时在波束覆盖区域内，用户接收到的卫星信号强度近似相等。这就是说，在地球
8、上任何时间、任何地点，用户接收机输出的信噪比近似相等。GPS卫星定位技术日益成熟，定位精度不断提高，尤其是实时差分技术的出现，使得GPS卫星定位技术在国民经济各领域得到了广泛应用。GPS发展的又一个新进展是建立连续运行卫星定位服务系统，为测绘工程和国民经济建设提供高质量的服务，创造可观的经济效益，而且为现代网络社会注入一种新的思维方法和服务模式。该系统主要由基准站设计、系统监控中心设计和用户子系统设计三部分构成，它是现代卫星定位、计算机网络、数字通讯等技术多方位、高深度的集成结晶。本文通过了队GPS星座设计和选型算法的等方面的研究，利用MATLAB编程对GPS星座进行仿真，模拟出上述星座。然后
9、，修改GPS星座设计的相关参数，通过仿真研究优化GPS星座设计，找出有待于进一步改进的不足之处。1.2 国内外研究现状与趋势目前美国建立了导航星全球定位系统(GPS)，俄罗斯也建成了导航星系统GLONASS，利用这些导航星系统的导航精度均达到十米量级。虽然利用全球定位系统接收机可以为各类卫星提供导航手段,但这种导航方式是半自主的，它依赖于导航星系统星座的运行状态和由导航星网发送的导航电文。自1957年10月第一颗人造地球卫星发射成功，40多年来，卫星导航技术获得了长足的发展。1958年，美国海军武器试验室开始建立为美国海军舰艇导航服务的卫星导航系统，即海军导航系统（Navy Navigatio
10、n Satellite System,简称NNSS），并于1964年建成。该系统具有全天候、自动定位、全球覆盖、定位精度高等优点，迅速被各国所采用，属于美国第一代导航卫星系统。1973年，美国国防部正式批准陆海空三军共同研制被称为授时与测距导航/全球定位系统（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System）的NAVSTAR/GPS卫星定位系统，简称为全球定位系统（GPS）。经过二十多年的研究和试验，投资逾200亿美元，于1993年12月初具有了初始运行能力，1995年具有了全运行能力。与此同时，苏联为了与美国争
11、霸，在1965年开始研制与NNSS相类似的CICADA卫星导航系统；在20世纪70年代末开始研制类似GPS的导航卫星系统GLONASS，并于1996年1月由俄罗斯建成，投入使用。现在，卫星导航技术已经得到了广泛应用，并且与军事应用紧密相连。1991年的海湾战争中，GPS首次应用于军事行动。1998年底的“沙漠之狐”，1999年的“科索沃”战争中，美军大量使用了GPS制导的巡航导弹和炸弹。从战区外几十千米、几百千米、甚至上千千米发射，这些武器都能精确命中目标。1995年5月8日，美国使用“B-2”隐形轰炸机对中国驻南联盟大使馆进行的野蛮轰炸，其所使用的炸弹就是由GPS制导的炸弹。对地面运控系统模
12、拟测试系统的研制就是这样应运而生的。美国、俄罗斯在卫星导航方面的研究起步较早，而国内在这方面的研究起步较晚，但以GPS为核心的卫星导航定位技术在中国的应用也已有几十年的发展历程，现正向着更高层次、更广阔空间发展。而且，我国和欧洲一样，在努力营建自己的卫星导航系统。在地面运控系统模拟测试系统这一项目中，就需要模拟出类似于GPS信号的卫星信号来测试验收地面运控系统的性能。 因此，对GPS的深入研究也必将推动我国自主研制的卫星导航系统的发展。 在GPS 已广泛应用于飞机、舰船和车辆导航定位,授时和守时,大地和大气测量等领域的今天。为保证定位精度,需要从多颗可见卫星中选择几何分布最佳的卫星组合(至少4
13、 颗卫星) ,即存在选星问题 9 。通常情况下,选星是要找出几何精度因子( GDOP) 最小的卫星组合,选星的关键是综合考虑定位精度和实时性,确定选星数目以及设计选星算法。目前对选星问题的研究主要基于4 星组合的情况,传统的选星算法10 有最佳几何精度因子法、最大矢端四面体体积法、最大正交投影法、综合法等,这几种方法计算量较大,因而实时性不佳,为满足实时性的要求,文献 11 ,12,13提出了改进方法。目前运用的算法有最佳选星法，准最佳选星法，几何优化法，模糊选星算法四种14。在上述4种方法中最佳选星法可以保证得到最佳几何组合但是在计算中涉及倒矩阵求逆等运算，工作量很大；准最佳选星法是目前使用
14、较多方法它的计算量较小但在理论上有待进一步研究；几何优化法是在准最佳选星法的基础上进行的四面体方法的修正15；模糊选星算法是在准最佳选星法的基础上又加入了模糊数学中综合评判的思想，理论上是可行的。1.3 论文结构第1章，论述了GPS结构，主要关注了GPS星座设计和选星算法，进而探讨了它们的国内外现状，从而提出了本论文的任务与要求。第2章，从GPS原理出发，详细的介绍了几种常见的卫星星座的设计方法，兵进行了卫星的位置计算。第3章，重点介绍了几种常见的选星算法，并进行了比较计算，并且选出认为比较合适的选星算法。第4章，本章是对本论文任务的实践，进行了卫星星座的设计，并进行了仿真，得出结果。第5章，
15、对本文进行系统的总结。15第2章 GPS星座设计2.1 GPS卫星星座GPS卫星星座由24颗卫星，外加3颗备用卫星。24颗卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布4颗卫星。各卫星轨道面长半轴为26609km，偏心率为0.01，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55，各卫星轨道面升交点赤经相差60，在相邻轨道上卫星的升交距角相差30，卫星高度为20200km，卫星运行周期为11小时56分钟。这样轨道参数的一颗卫星能覆盖地面面积38。卫星运行到轨道的任何位置上，它对地面的距离和波束覆盖面积基本上不变。同时在波束覆盖区域内，用户接收到的卫星信号强度近似相等。这就是说，在地球上任何时间、任何地点，用户接收机输出的信噪比近似相等。图1显示出GPS卫星星座的示意图，图2为卫星地迹图，图3为轨道和卫星分布平面图。图1 GPS 工作卫星星座示意图（21颗工作卫星）（1993年建成）图2 卫星
