● 摘要
近年来，随着航天技术、计算机技术和通信技术的不断进步，卫星导航系统得到迅猛发展，广泛应用于国民生产生活的各个领域，带来了巨大的社会效益、经济效益和科技效益。同时，卫星导航作为一门必不可少的应用科学，影响到诸多工业部门，卫星导航系统的发展对大多数工业国家来说都具有深远的战略意义。目前，我国具有自主知识产权的北斗卫星导航系统（COMPASS）正在从区域卫星导航系统扩展成全球卫星导航系统。开展COMPASS/GPS兼容接收机导航数据处理系统的技术研究，可以为卫星导航系统的产业化发展提供技术支持和科研储备，符合卫星导航事业的发展需求。
本文以COMPASS和GPS兼容导航接收机SOC芯片导航数据处理软件的研制作为出发点，对导航数据处理系统中涉及的一些关键技术进行了深入研究，其主要内容包括兼容导航接收机定位系统及其定位方法、星座的快速选择方法以及数据滤波方法等，并在课题组研发的COMPASS/GPS兼容导航接收机原理样机上进行了测试实验，所获结果均满足背景课题的任务书要求。具体来说，论文的创新性工作和主要成果包含以下几个方面。
1. 提出了一种以星座功能可用性和RAIM/FDE可用性为基础的统一度量卫星导航系统可用性的方法，并从不同角度分析了亚太地区COMPASS及其增强系统的性能。提出了增强COMPASS系统在大仰角下、中高纬度地区性能的方案。
2. 设计了一种兼容导航接收机定位系统，并提出了一种兼容COMPASS和GPS两种导航定位系统的加速度均值自适应数据滤波方法。基于论文背景课题项目组研发的兼容接收机测试平台对所设计的定位系统及定位方法在接收机不同状态下、不同量测模式下对其性能进行了仿真测试和性能验证，证明了该定位系统及其方法的可靠性和有效性，并通过了有关单位的验收。
3. 从星座选择的三个要素“选星数目”、“选星后GDOP”、“选星速度”出发，分别提出了三种不同的星座选择方法 “遗传选星法”、“遗传优选法”和“快速遗传选星法”。综合分析了选星数目与GDOP及导航运算量的关系，提出了根据用户不同的接收机负荷、定位精度和选星实时性需求，以不同的选星要素为侧重点进行选星的思想，遗传选星法以降低选星后导航运算量为侧重点，遗传优选法以减少选星后GDOP损失为侧重点，快速遗传选星法以提高选星速度为出发点。仿真结果表明，三种方法均能满足设计要求，可以有效降低接收机处理器的负荷，并均具有较强的实时性。
4. 提出了一种以单个卫星为基本滤波单元的序贯UKF（S3UKF）方法。并对多径效应等产生的量测通道的非白噪声误差进行建模，提出一种适用于多星座组合导航系统的具有随观测卫星数目改变状态元个数的动态特性的位置速度估计模型，并用S3UKF求解该模型。仿真实验和实测实验的结果均表明，与序贯扩展卡尔曼滤波（S3EKF）方法和最小二乘法（LSM）相比，S3UKF方法具有较高的精度和鲁棒性。
近年来，随着航天技术、计算机技术和通信技术的不断进步，卫星导航系统得到迅猛发展，广泛应用于国民生产生活的各个领域，带来了巨大的社会效益、经济效益和科技效益。同时，卫星导航作为一门必不可少的应用科学，影响到诸多工业部门，卫星导航系统的发展对大多数工业国家来说都具有深远的战略意义。目前，我国具有自主知识产权的北斗卫星导航系统（COMPASS）正在从区域卫星导航系统扩展成全球卫星导航系统。开展COMPASS/GPS兼容接收机导航数据处理系统的技术研究，可以为卫星导航系统的产业化发展提供技术支持和科研储备，符合卫星导航事业的发展需求。
本文以COMPASS和GPS兼容导航接收机SOC芯片导航数据处理软件的研制作为出发点，对导航数据处理系统中涉及的一些关键技术进行了深入研究，其主要内容包括兼容导航接收机定位系统及其定位方法、星座的快速选择方法以及数据滤波方法等，并在课题组研发的COMPASS/GPS兼容导航接收机原理样机上进行了测试实验，所获结果均满足背景课题的任务书要求。具体来说，论文的创新性工作和主要成果包含以下几个方面。
1. 提出了一种以星座功能可用性和RAIM/FDE可用性为基础的统一度量卫星导航系统可用性的方法，并从不同角度分析了亚太地区COMPASS及其增强系统的性能。提出了增强COMPASS系统在大仰角下、中高纬度地区性能的方案。
2. 设计了一种兼容导航接收机定位系统，并提出了一种兼容COMPASS和GPS两种导航定位系统的加速度均值自适应数据滤波方法。基于论文背景课题项目组研发的兼容接收机测试平台对所设计的定位系统及定位方法在接收机不同状态下、不同量测模式下对其性能进行了仿真测试和性能验证，证明了该定位系统及其方法的可靠性和有效性，并通过了有关单位的验收。
3. 从星座选择的三个要素“选星数目”、“选星后GDOP”、“选星速度”出发，分别提出了三种不同的星座选择方法 “遗传选星法”、“遗传优选法”和“快速遗传选星法”。综合分析了选星数目与GDOP及导航运算量的关系，提出了根据用户不同的接收机负荷、定位精度和选星实时性需求，以不同的选星要素为侧重点进行选星的思想，遗传选星法以降低选星后导航运算量为侧重点，遗传优选法以减少选星后GDOP损失为侧重点，快速遗传选星法以提高选星速度为出发点。仿真结果表明，三种方法均能满足设计要求，可以有效降低接收机处理器的负荷，并均具有较强的实时性。
4. 提出了一种以单个卫星为基本滤波单元的序贯UKF（S3UKF）方法。并对多径效应等产生的量测通道的非白噪声误差进行建模，提出一种适用于多星座组合导航系统的具有随观测卫星数目改变状态元个数的动态特性的位置速度估计模型，并用S3UKF求解该模型。仿真实验和实测实验的结果均表明，与序贯扩展卡尔曼滤波（S3EKF）方法和最小二乘法（LSM）相比，S3UKF方法具有较高的精度和鲁棒性。