题目：基于相对测量的导航星座自主导航研究

导航卫星星座的自主导航技术是导航卫星星座实现自主运行的关键技术之一，是指导航卫星星座在无地面站支持的情况下由导航卫星自身通过星间跟踪测量，自主进行卫星定轨，从而为其它用户提供定位服务。它同时又是一项系统工程，包括理论、算法、测量等多个实现环节。本文试图从工程实现的角度研究基于相对测量的导航星座自主导航问题。通过对现代递推估计算法的分析，提出了适用于星载计算的递推估计算法方案；通过对轨道摄动影响因素的分析，提出了适用于星载计算的轨道预报器方案；通过对扩频测距技术的研究，提出了适用于星间矢量测量的硬件方案；通过对地球引力场特性的研究，分析了引力场辅助自主导航的可观测性问题；通过对导航星座自主导航的研制复杂度分析，提出了适用于该问题的分布式实时仿真方案。本文的主要研究工作包括：（1）在研究经典递推估计算法和现代递推估计算法的基础上，对各种估计算法的估计精度进行分析。特别着重研究了Sigma变换的基本原理，并通过修改UKS算法的步骤得到了一种递推式的固定滞后SRUKF平滑器。该平滑器在估计精度和计算时间上做了很好的权衡，非常适合用于星载自主导航。（2）针对导航卫星的轨道特点，研究了各种轨道摄动因素。提出了一种基于轨道平均根数法的误差分析方法，分析了各种轨道摄动因素对轨道预报器的精度影响。并提出了星载轨道预报器的最低配置方案，该配置方案在计算时间和预报精度之间做了很好的平衡。（3）设计了一种使用扩频测距技术实现的星间矢量测量方案，该方案避免了使用星敏感器：每个测量通道只需要一个发射天线和五个接收天线，一套硬件就可以同时完成多个星间相对矢量的测量，整个测量通道可以和星间通信链路共享，测距精度可以根据需求在一定范围内通过改变码速率调整。给出了使用该方案进行星间矢量测量的递推型算法步骤，通过仿真验证了该方案的测量精度。（4）针对重立场辅助自主导航问题，对基于星间测量的导航星座自主导航问题进行了分析。给出了基于相对测量的绝对定位求解数学表达式，证明了该表达式的局部可解性。通过对地球引力场特征的分析，解释了该表达式解的局部唯一性，分析了测量精度对于利用该表达式进行自主导航的影响。分析了两种单星初始定轨方案，给出了利用SRUKF进行单星初始定轨的仿真结果。提出了基于角测量单星初始定轨和基于星间测量精密定轨两个环路同时工作的自主导航实施方案。（5）导航星座自主导航问题本身的复杂性，要求使用硬件在回路的方法进行研究。针对导航星座自主导航问题，提出了一种分布式实时仿真方案，使用硬件中断触发结合以太网QoS技术解决了实时通信和调度两个问题。通过结合xPC和dSPACE两种实时平台满足了对计算量和硬件接口的需求。整个系统完全支持Simulink仿真建模工具，大大简化了仿真模型开发难度。（6）以GPS为例，通过仿真结果分析了基于相对测量的自主导航精度，分析了测量精度、轨道预报精度、星座配置对自主导航精度的影响。