低轨导航增强卫星的轨道状态型星历参数设计

导航增强卫星从高轨拓展到低轨,需要设计可靠的低轨道LEO广播星历参数。GLONASS广播星历模型能够利用9个状态参数高精度描述30min内中高轨卫星的摄动运动,但不能直接用于低轨卫星。为了适应LEO的摄动力的短期快变化,设计了基于轨道状态型的21参数广播星历模型。分析了低轨卫星主要摄动力的短期变化规律,选取了二次多项式和基于轨道半周期的三角函数来补偿大气阻力等主要摄动在3个方向上的累计。基于星历拟合试验讨论了拟合参数个数、拟合时段和数据间隔对500~1200km轨道高度的LEO圆轨道的拟合精度影响。试验表明,当拟合时段为20min(约1/5个轨道周期)时,轨道高度大于700km的近圆轨道,拟合用户距离误差(FURE)精度优于0.05m;高度为1000km时,FURE平均精度达到0.03m。     

GPS卫星星历精度分析

通过对广播星历的计算精度和精密星历的拟合精度的研究分析,得出对于3 h的观测时段,广播星历计算的卫星坐标的精度相当于精密星历的7阶Chebyshev多项式的拟合精度。精密星历的拟合精度随拟合阶数的增加而提高。对于3 h的观测时段,精密星历的10阶Chebyshev拟合卫星坐标能达到亚毫米级拟合精度。     

基于BDS广播星历的卫星轨道拟合精度分析

在实时定位导航中,为了提高利用BDS广播星历计算卫星位置的效率,提出将卫星轨道拟合为一个多项式.首先利用切比雪夫多项式拟合法,将拟合时段固定为1 h,拟合间隔固定为5 min,每30 s选取一个检验点,利用不同的拟合阶数,分别对GEO、IGSO、MEO三类不同类型的北斗卫星轨道进行拟合分析;然后将拟合阶数固定为9,利用2～6 min的拟合时间间隔,将三类卫星作为整体进行轨道拟合分析.算例表明,只要选取合适的拟合阶数,三类不同类型的北斗卫星轨道拟合精度都较高,拟合误差最大值在厘米级,误差均值在毫米级,满足精度要求;固定9阶拟合多项式时,2～6 min时间间隔的拟合精度都可以满足精度需求.切比雪夫多项式拟合法适用于BDS广播星历的卫星轨道拟合.      

GPS卫星精密星历内插方法比较分析

借助GPS卫星精密星历,使用Lagrange多项式插值法和Chebyshev多项式拟合法内插出GPS卫星的瞬时位置,确定了插值精度与插值阶数的关系,并对这两种方法的优缺点进行了对比分析。计算结果表明:内插卫星瞬时坐标时所选取的插值阶数不应过高或过低,三维坐标分量在最佳插值精度时选取的插值阶数并不完全相同,Chebyshev多项式拟合法相比Lagrange多项式插值法的插值效果更好。因此,建议在优先选用Chebyshev多项式拟合法内插卫星瞬时坐标的同时,对三维坐标分量分别选取不同的插值阶数,以达到最优的插值精度。     

基于北斗卫星广播星历的卫星位置拟合精度分析

为了提高利用广播星历计算卫星位置的效率,介绍了利用切比雪夫多项式拟合BDS混合星座卫星的方法。通过2013年1月13日0点-9点的广播星历数据实验,分析了切比雪夫多项在不同拟合阶数和不同拟合节点数情况下对卫星位置拟合精度的影响。结果表明：利用切比雪夫多项式拟合北斗混合星座卫星在1h时段内的轨道时,拟合阶数以7～9阶为宜,拟合节点数略大于拟合阶数即可,拟合精度达亚毫米级。     

准天顶卫星系统广播星历精度评定和拟合精度分析

实时导航定位中需要利用广播星历实时计算卫星位置,日本建设的准天顶卫星系统(QZSS)计算卫星位置时通过不断迭代提高计算精度,导致实时解算效率降低. 为了保证QZSS广播星历坐标计算精度且提高运算效率,提出利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道. 首先,使用原有方法计算卫星位置,以精密星历为参考,验证QZSS广播星历的卫星坐标精度为米级;然后,针对卫星三维(3D)坐标使用切比雪夫多项式进行拟合,并讨论影响拟合精度的因素,在拟合时间间隔固定时,最优拟合阶数随节点个数增多而增大;不同时间间隔下,不同轨道类型的最优拟合阶数不相等,同一轨道最优拟合阶数相等,但随时间间隔的增大拟合误差也逐渐增大. 结果表明:使用切比雪夫多项式拟合QZSS广播星历时,针对不同的轨道类型选择合适的拟合时间间隔和拟合阶数,其拟合精度和运算效率均可满足需要.      

导航卫星轨道拟合方法与仿真研究

提出利用虚拟现实技术加强对导航卫星星座的三维仿真模拟,用于系统的设计与监控。考虑到GPS系统的成熟性和与北斗系统的相似性,以GPS精密星历为基础,深入研究利用GPS精密星历拟合卫星三维坐标的方法,对两种常用方法——拉格朗日多项式内插和切比雪夫多项式拟合的处理效果进行分析和比较,给出两种拟合方法得到的卫星位置误差与阶数的关系,探讨短时间外推的效果,确定切比雪夫多项式拟合为最佳的卫星轨道拟合方法,并据此求得任意时刻的卫星坐标,构建了导航卫星三维标准化轨道虚拟运行场景。     

GPS卫星广播星历轨道误差突变性分析

针对GPS卫星播发的广播星历存在误差突变的问题进行了有关研究。利用切比雪夫多项式,分别以不同的拟合时段计算卫星轨道坐标,然后分别与对应历元的IGS精密星历所提供的GPS卫星的坐标进行比较,发现了某些GPS卫星广播星历轨道误差变化的规律。这对如何削弱广播星历的轨道误差,提高导航与定位精度是十分有益的。     

滑动式切比雪夫多项式拟合法在BDS精密 星历内插中的应用

对精密星历进行内插是卫星定位数据高精度处理中的一项基础工作。利用滑动式切比雪夫多项式拟合法及不同的拟合节点数和拟合阶数,分析精密星历中MEO,IGSO,GEO不同轨道的北斗卫星插值精度。实验表明,三类北斗卫星达到较高插值精度的拟合节点数和阶数不同,设置适当的拟合节点数和阶数,达到亚毫米级的内插精度。该算法完全适用于对BDS精密星历的插值。     

北斗三号与北斗二号基本导航电文参数比较

针对北斗二号系统和北斗三号系统导航电文播发现状,该文从导航电文结构、导航电文内容和播发方式等方面对二者间的差异进行了比对分析,着重比较分析了卫星星历参数、卫星钟差钟差、数据有效性标识、设备群延迟参数、设备延迟参数、电离层改正、完好性等导航电文参数,并结合导航电文实际应用,给出了广播星历拟合精度、卫星钟差拟合精度、系统定位精度评估结果。结果表明:北斗卫星广播星历拟合残差为厘米级,18参数广播星历拟合精度略优于16参数的拟合精度;加入星间链路钟差后,MEO卫星的钟差测定精度虽与仅星地观测的钟差精度基本相当,但明显提高了卫星钟差预报精度;北斗二号与北斗三号联合定位精度较仅北斗二号卫星定位精度有所提升。