全球导航卫星系统可视化仿真分析关键技术研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61173077
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
许承东
依托单位：
北京理工大学
学科分类：
F0214.新型计算及其应用基础
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
张树军；刘松林；李文光；胡春生；曹啸博；陈明剑；陈杰；陈家挺；范文山；
关键词：
全球导航卫星系统（GNSS）空间环境卫星编队相对导航仿真与可视化空间几何构型

项目摘要

全球导航卫星系统（GNSS）仿真分析系统是卫星导航定位系统的重要组成部分，可视化仿真分析技术是仿真系统实现的必要手段。本项目拟对大尺度差异星地一体可视化、GNSS空间几何构型分析可视化、导航卫星空间环境分析可视化和星载GNSS编队相对导航可视化等GNSS仿真分析关键技术进行研究，提出导航卫星系统空间环境大规模数据组织与快速显示、基于导航任务的三维实体模型生成、大尺度差异实体可视化、快速精细卫星可见性和高精度几何精度因子计算与可视化等一系列核心新方法，构建导航卫星系统可视化分析环境，提高全球导航卫星系统定位精度，打破国外在卫星导航系统仿真技术方面的垄断，实现我国自主导航系统- - 北斗二代导航系统与其他GNSS系统兼容互用可视化分析，为我国自主卫星导航战略基础设施建设、独立自主发展、未来的系统升级和全球推广应用奠定一定的理论和技术基础。

结项摘要

对全球导航卫星系统(GNSS)开展可视化仿真分析关键技术研究，可为我国卫星导航领域的总体设计与系统分析提供应用支撑和技术保障，具有十分重要的理论意义与工程应用价值。本项目的研究内容主要包括以下四个方面：. 1.GNSS空间环境大规模数据的组织与显示技术：针对传统的LZW算法在压缩比和压缩效率上的不足，提出了压缩性能更优越的ILZW算法；通过对空间环境大数据特性的分析，建立了基于凸包围盒的精确数据索引结构，并通过相关空间投影算法有效实现了空间环境数据的组织，为GNSS大规模空间数据的处理提供了支持。. 2.GNSS可视化及几何构型分析：为实现GNSS几何构型的快速分析，依据可见星组合中每颗卫星对GDOP的贡献的大小提出了一种快速选星方法并分析了北斗导航系统（BDS）的区域服务性能；针对GNSS多星同时可视化的需求，提出了高效的点到曲线、曲面投影技术，用于实现多星辐射区域与辐射运行轨迹的实时计算，为GNSS的可视化提供了支撑；对卫星模型在不兼容边界条件下的插值建模技术与卫星简化模型中孔洞填充构造等问题展开了研究，实现了基于单一退化的不兼容边界条件下的卫星模型插值建模技术与基于单调正则曲变节点的卫星简化模型孔洞填充技术，提升了卫星模型的表示精度；为提高多星座GNSS卫星轨道模型的可视化效率，从三个方面对模型进行了简化，提高了显示速度，节省了计算资源。. 3.多维动态空间环境要素仿真与可视化分析：构建了针对多维动态空间的并行渲染框架，实现了基于GPU的分层次、分细节真实与非真实感实时渲染；根据系统相关应用，实现了GNSS相关要素模型矢量化无损导出，为GNSS空间环境要素的可视化提供了有效支持。. 4.星载GNSS编队飞行相对导航可视化分析：提出了一种针对星载GNSS空间用户的卫星可见性判定方法；根据星载GNSS仿真系统中飞行器航迹仿真的精度与算法复杂程度的需求，提出了基于当地参考椭球和局部球面假设的大地主题解算反解算法；为提高星载GNSS的卫星定位精度，提出了一种用于单星座卫星导航系统的选星方法以及一种基于改进扩展卡尔曼滤波的GNSS单点动态定位方法，该方法显著提高了计算速度。. 基于上述研究工作，本项目共发表论文33篇，其中10篇被SCI检索，另有21篇被EI检索；获得授权发明专利2项；出版专著1部。