论文摘要：导航信号模拟器星历外推算法设计及验证
现今，GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）正处于快速发展阶段，在卫星导航系统中，卫星轨道的计算精度与导航电文中广播星历参数的精度密切相关，星历参数的精度直接决定了用户接收机中卫星位置的计算精度，进而影响定位、测速和授时应用的性能。因此对广播星历生成算法及其精度的研究对于导航信号模拟器的良好稳定长时间运行及其与接收机各项技术指标的闭环测试都有着重要的意义，对我国 “北斗”二代系统广播导航电文的设计和评估也有一定借鉴意义。 本文首先讨论并编程实现了基于基准卫星轨道信息对卫星轨道的外推计算。文中基于地球非球形引力、日月第三体引力、太阳光压摄动模型在地心惯性坐标系下建立卫星运动力学方程，基于滑动牛顿多项式插值得到卫星位置和速度的初值，采用Runge_Kutta积分法进行推算得到一天的卫星轨道数据，并将其转换到地心地固坐标系。 其次设计实现了对外推轨道进行最小二乘拟合、生成相应时间段的广播星历参数的算法，拟合精度优于0.5m，将其应用于实验室自主研制的GPS L1 C/A导航信号模拟器中，将生成的卫星信号送入接收机进行闭环测试，接收机在6h内三维定位误差为1.586m (RMS)。测试结果验证了该星历外推算法和星历参数拟合算法的可行性，从而使所开发的GPS信号模拟器能够长时间仿真卫星信号而不必持续从外部读入星历。最后分析了导航电文中星历参数截短引起的量化误差的影响。导航电文帧结构中排布的各星历参数量化位数受限于电文传输的信息速率，需要进行详细的设计论证。本文专门分析和大量仿真了GPS导航电文中由星历参数的有限量化字长引入的误差对卫星位置计算精度的影响，并通过GPS L1 C/A数字中频信号模拟器和软件接收机进行了闭环测试，结果表明NAV格式星历参数量化前后卫星位置的计算偏差在两小时的星历有效时间内不超过0.2m；进一步的仿真分析表明其所引入的UERE（用户等效距离误差）偏差不超过0.06m，而对用户定位结果的影响在厘米量级。
