姿态和光压模型对北斗导航卫星精密定轨的影响分析

通过GPS/BDS双系统联合定轨给出北斗系统新老卫星的轨道精度变化特征，分析不同姿态控制模式对卫星精密定轨的影响及其原因；针对光压模型的不足，讨论两种改进的定轨策略对北斗系统精密定轨的适用性。结果表明，当太阳矢量与卫星轨道面的夹角小于4°时，采用动偏-零偏转换模式的IGSO/MEO卫星会有明显的轨道精度下降，而IGSO-6卫星的轨道精度变化较为平稳，没有明显的精度衰减；ECOM光压模型较适用于IGSO-6卫星，但不适用于其他卫星；两种改进的定轨策略都能在一定程度上提高北斗导航卫星精密定轨的精度，可为北斗系统精密定轨提供参考。     

不同光压模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性分析

为分析不同光压模型在北斗卫星处于不同姿态控制模式下的定轨性能,从轨道内、外符合精度等方面分析ECOM 5参数模型、Box-Wing+ECOM 5参数模型和拓展版ECOM模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性。结果显示,卫星处于非地影期时,BDS-2卫星使用ECOM 5参数模型时内、外符合精度最优,而BDS-3 MEO卫星使用Box-Wing+ECOM 5参数模型与拓展版ECOM模型时的轨道精度要略优于ECOM 5参数模型,3者内符合精度差异小于1 cm;卫星处于地影期时,BDS-2与BDS-3 MEO卫星使用拓展版ECOM模型精度最高,与其他光压模型相比,其轨道切向与法向内符合精度提升约20%~70%;对于BDS-3 IGSO卫星,由于观测数较少,导致其轨道精度要远低于其他北斗卫星,但综合来看,ECOM 5参数模型表现略优。     

伪随机脉冲参数对BDS卫星定轨精度的影响分析

采用附加伪随机脉冲参数的动力学定轨方法对BDS卫星进行定轨，分别给出不同时间间隔的伪随机脉冲参数估计方案对BDS卫星常规状态、姿态转换状态以及进入地影状态时定轨精度的影响。结果表明，常规状态下，伪随机脉冲参数对GEO卫星定轨精度改善显著，相对较优的伪随机脉冲参数估计间隔与各类卫星运行周期吻合；对于姿态转换状态以及进入地影状态，6 h的伪随机脉冲参数估计间隔有助于提高相应卫星的定轨精度。     

两种北斗卫星精密定轨方法的对比

给出了北斗卫星单系统和多系统融合非差精密定轨方法的基本原理和主要区别,并结合实测数据,对比分析了两种方法的定轨精度。结果表明,在一定观测条件下,两种方法定轨精度基本相当,GEO卫星三维定轨精度能达到1 m左右,IGSO和MEO卫星能达到0.2~0.3 m,3类卫星径向轨道精度优于10 cm。     

基于运动学和简化动力学的SWARM卫星精密定轨研究

基于运动学和简化动力学方法，使用星载GPS观测数据，对SWARM卫星进行精密定轨，将轨道结果与ESA发布的事后科学轨道进行作差分析。结果表明：运动学轨道径向、切向和法向7 d平均RMS均小于3 cm，定轨精度达到cm级；简化动力学轨道径向平均RMS在0.65 cm左右，切向和法向在1.3 cm左右，高于预期要求。此外，使用IGS快速星历对SWARM卫星进行定轨，其精度与精密定轨精度近似相等，而在SWARM卫星近实时定轨研究中，使用IGS超快速星历确定的运动学轨道3D-RMS为9.68 cm，简化动力学轨道3D-RMS为3.61 cm，低于IGS快速星历的定轨精度。     

基于全球MGEX数据的北斗导航星座精密轨道确定

利用全球分布的MGEX站观测数据,使用"两步法"以双差方式对北斗卫星进行精密定轨。主要研究北斗卫星轨道确定的处理策略,重点分析轨道确定的流程,并通过实验评价了3种不同类型轨道的精度。结果显示,MEO和IGSO卫星的定轨内符合精度优于0.2m,其中径向优于10cm,外符合精度优于30cm;GEO(以C05号为例)卫星外符合精度优于0.7m,且径向优于10cm。     

北斗三号组网卫星数据质量分析及单系统定轨精度初步评估

选取2018-01-23起10 d内16个iGMAS测站观测数据，对北斗三号卫星的观测数据质量及BDS单系统精密定轨精度进行评估。初步结果表明，老信号B1I、B3I北斗三号卫星的信噪比略强于二号卫星，噪声与多路径基本相当，均在0.1 m量级，新卫星不存在星内多路径偏差。新信号B1C/L1/E1频点GPS信噪比最强，Galileo和BDS卫星相当，B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当；噪声及多路径方面，B1C/L1/E1频点GPS优于BDS、Galileo卫星0.1 m量级，B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当，均在0.1 m量级，新信号中北斗三号卫星星内多路径偏差基本消失。单系统精密定轨试验中，分别进行有/无GEO卫星策略、太阳光压模型ECOM 五/九参数策略的比较，并使用卫星激光测距数据进行独立检核。初步结果表明，有GEO卫星、ECOM五参数光压模型的定轨精度最好，C19号卫星7个重叠弧段的平均定轨精度在沿迹向、法向、径向的精度分别为32 cm、16 cm、8 cm，与试验卫星的定轨精度基本相当。     

GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响分析

为研究不同条件下GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响，在不同测站分布条件下采用不同定轨弧长分别进行GPS/BDS联合定轨和BDS独立定轨，并从轨道重叠弧段不符值、与MGEX分析中心产品比较以及卫星激光测距检核残差3个方面详细比较两种定轨方法的精度。结果表明，区域网条件下，联合定轨能够显著提升1 d解北斗IGSO/MEO卫星的轨道精度，但对3 d解的北斗各类卫星定轨精度的改善较小；全球网条件下，无论是采用1 d还是3 d定轨弧长，联合定轨均能在一定程度上改善北斗IGSO/MEO卫星轨道沿迹方向和法向的精度，但对径向绝对精度的改善较小；而对于北斗GEO卫星，全球网条件下的联合定轨对其轨道各方向精度的影响均较小。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

一种基于伪逆平差理论的导航星座整网定轨方法

针对分布式单星自主定轨存在的次优解及滤波易发散等问题,结合整网伪逆平差理论和航天器轨道动力学定轨理论,提出一种导航星座整网自主定轨方法。讨论卫星网与大地自由网平差方法的区别,结合伪逆平差和卫星动力学定轨方法,建立导航星座整网自主定轨方法,并给出整网定轨基本流程,最后以典型Walker星座为例进行整网自主定轨仿真验证。结果表明,在初始位置误差1 m、星间测量噪声0.1 m、不考虑钟差的条件下,星座自主运行5 d,每颗卫星的定轨误差均小于0.8 m,星座平均定轨误差小于0.5 m,验证了该方法的有效性。     

中国沿海RBN-DGNSS系统北斗差分定位性能测试及分析

提出北斗伪距差分和北斗/GPS联合伪距差分算法,并利用中国北斗沿海差分台站播发信号进行陆地定点和海上动态测试。结果表明,在距台站300 km以内,北斗平面定位精度优于1.5 m（95%置信水平）,高程定位精度优于2.5 m（95%置信水平）|GPS+北斗联合定位精度、数据有效率均优于单独GPS或北斗系统|单独北斗系统的定位精度和性能优于RBN差分系统设计要求。     

基于运动检测的飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航

针对机场飞行区车载差分北斗/SINS组合导航系统中卫星信号衰弱、断续和中断时引起导航系统精度降低的问题,提出一种基于运动检测的高精度组合导航方法。该方法基于运动检测的差分北斗/SINS组合导航系统框架,根据车辆运动的特性,利用零速修正与动态零速修正相结合的模式来约束SINS误差;建立系统误差最优估计状态方程和量测方程,并结合惯性测量单元输出的陀螺和加速度计信息以及SINS输出速度来实现车辆运动状态的检测;最后通过车载实验验证该方法的可行性。结果表明,卫星信号有效时,差分北斗/SINS组合导航定位精度优于1 m;相比于传统运动学约束技术,2.5 km信号中断场景下,组合导航系统的经度误差最大值由5.21 m减小为1.35 m。     

基于广播星历的北斗卫星在轨运行状态分析

利用北斗卫星的广播星历数据提取轨道参数与钟差参数指标,从卫星轨道平面参数、形状参数、定向参数和卫星钟差序列等方面对现阶段北斗在轨卫星的运行状态进行分析。结果表明,BDS卫星的轨道异常多于卫星钟差异常,其中GEO卫星出现异常的频率最高,IGSO卫星次之,MEO卫星的运行状态最稳定。     

北斗卫星在轨原子钟稳定性分析

使用IGS MEGX发布的北斗卫星精密钟差数据,利用哈达玛方差公式对目前所有在轨健康北斗卫星钟的稳定性进行分析。结果表明,北斗卫星钟在1 a的跨度内比较稳定;其300 s稳定性量级为10-13,但是各颗卫星并不完全相同;北斗卫星钟与GPS卫星钟的稳定性对比显示,北斗卫星钟稳定性介于GPSⅡR-M与GPSⅡF上搭载的铷钟之间。     

利用超快速精密星历约束的北斗卫星实时精密定轨

以广播星历为起算轨道的北斗卫星实时滤波精密定轨往往需要较长收敛时间，针对此，提出利用超快速精密星历约束的实时精密定轨方法。通过MGEX跟踪网全球分布的51个测站连续7 d的实测数据，利用平方根信息滤波对北斗卫星实时精密轨道进行确定，并以3 d解事后轨道作为参考，评估北斗卫星实时滤波轨道精度。结果表明，利用广播星历作起算轨道时，北斗实时滤波轨道平均需要经过15 h收敛才能达到稳定，而新方法在这段时间内轨道变化较为平稳，未出现明显的收敛现象，并且7 d时间内GEO卫星在切向、法向和径向上RMS分别优于2.5 m、20 cm和30 cm，IGSO和MEO卫星在3个方向上分别优于30 cm、15 cm和10 cm。