临近空间伪卫星飞艇平台的自主精确定位与系统模型误差补偿技术研究

The Near–space Pseudolite, with the airship for carrying platform, as an important means to enhance satellite navigation and the effective expansion, shows the unique advantages in terms of area navigation. When Pseudolite is used to positioning, its position error will affect the user's positioning accuracy, therefore, how to determine the exact position of the Pseudolite airship platform is the difficulty of the study; Pseudolite positioning solutions are: a combination of satellite navigation positioning and independent positioning network. When Pseudolite and satellite navigation positioning combined, different combinations cause different positioning accuracy, therefore, the best combination of Pseudolite and satellite navigation needs to do an exploratory research; When Pseudolite is used to positioning as the independent network, at least 4 stars are needed to provide positioning information. The different geometries of 4 stars can cause different positioning accuracy, how to design the optimal geometric configuration of 4 stars needs to seriously study; In addition, in engineering practice, dynamic model and observation model of Pseudolite positioning can not be completely accurate, the model errors will affect the user's location accuracy, therefore, the model errors need accurate estimation and effective compensation. This project addresses the operating environment characteristics and application characteristics of Near–space Pseudolite, and researches to accurately determine the location and the system model error estimation and compensation of Pseudolite airship platform, in order to explore new ways to improve the positioning accuracy of the Pseudolite.

以飞艇为运载平台的临近空间伪卫星作为卫星导航的重要增强手段和有效扩充，在区域导航定位方面显示出独特优势。伪卫星对用户定位时，自身的位置误差会影响用户的定位精度，因此，伪卫星飞艇平台位置的精确确定是研究的难点；伪卫星定位的方案主要有：与导航卫星组合定位和独立组网定位，伪卫星与导航卫星组合定位时，组合方式不同定位精度也不同，因此，需要对伪卫星与导航卫星的最佳组合方案做探索性研究；伪卫星独立组网定位时需要至少4颗星提供定位信息，4颗星的几何构型不同定位精度也不同，如何设计4颗星的最佳几何构型需要认真研究；此外，工程实际中，伪卫星定位的动力学模型和观测模型不可能完全准确无误，这些模型误差会影响到用户的定位精度，需要对其进行准确估计和有效补偿。本项目针对临近空间伪卫星的运行环境特性和应用特点，研究伪卫星飞艇平台位置的自主精确确定与系统模型误差的估计和补偿问题，为提高伪卫星的定位精度探索新途径。

全球卫星导航系统(GNSS)的发展，给科学研究、人民生活和国防建设带来了巨大的革命性影响，然而实践表明，卫星导航系统存在着易被干扰的致命缺陷。以飞艇为运载平台的临近空间伪卫星作为卫星导航的重要增强手段和有效扩充，在区域导航定位方面显示出独特优势。本项目针对临近空间伪卫星的环境特性和应用特点，以提高用户的定位精度为目的，采用先进的控制理论、控制技术、计算仿真与综合模拟实验相结合的方法，研究伪卫星飞艇平台的自主精确定位、伪卫星与导航卫星的组合方案及独立组网定位中4颗伪卫星的几何构型，以及伪卫星定位中模型系统误差的准确估计与有效补偿技术问题。针对以上内容，本项目构建了能够自主精确确定临近空间伪卫星飞艇平台位置的北斗(BD)/捷联惯导(SINS)/天文(CNS)组合导航系统，设计了一套适用于伪卫星飞艇平台自主定位的非线性、高精度滤波算法，提出了伪卫星定位模型系统误差的准确估计与有效补偿方法。研究结果表明，本项目提出的临近空间伪卫星飞艇平台BD/SINS/CNS自主组合定位系统及算法能够达到米级的定位精度，通过优化伪卫星与导航卫星的组合方案及几何构型，能够有效补充卫星导航系统的不足，成为卫星导航系统重要增强措施。该研究为解决伪卫星自主精确定位的基本理论和关键基础性技术难题、提高伪卫星自身的定位精度，进而为提高用户最终的定位精度提供了新途径。