基于EEMD-LSTM模型的BDS卫星轨道预报精度分析

为解决深度学习模型中轨道误差序列数据的噪声误差积累问题,提出EEMD-LSTM组合预测模型,并利用GEO、IGSO、MEO三类卫星数据进行轨道预报分析。结果表明,EEMD-LSTM组合预测模型在卫星轨道预报中能够有效抑制噪声的误差积累,GEO、IGSO、MEO三类卫星的轨道预报精度均有所提高,也能够有效拟合动力学模型轨道的预报误差,EEMD-LSTM组合预测模型对GEO、IGSO、MEO三类卫星的平均改进率imp分别提高2.70百分点、2.46百分点和8.33百分点。     

基于长期数据的北斗广播星历精度评估

介绍了广播星历精度评估的基本原理和方法,并利用2013-01~2015-04共28个月的广播星历数据,分析比较了北斗不同类型卫星的轨道精度、钟差精度及整体精度的短期和长期变化趋势。结果表明,GEO卫星广播星历的轨道精度约为1.8 m,钟差精度优于6 ns;IGSO和MEO广播星历的轨道精度优于1.2 m,钟差精度优于4 ns,整体上优于GEO卫星。从长期变化趋势来看,北斗广播星历的精度有逐渐提高的趋势。     

北斗卫星伪距多路径偏差改正研究

通过分析不同卫星系统MEO卫星的伪距多路径误差,发现北斗卫星伪距多路径偏差的存在。进一步分析BDS三类卫星伪距多路径误差的变化特征,结果表明,IGSO卫星和MEO卫星的伪距多路径误差存在明显的系统性偏差。选择分段线性拟合和分段多项式拟合两种方法建立北斗卫星伪距多路径偏差改正的经验公式,并比较两种改正方法的效果。分析了北斗卫星伪距多路径偏差改正前后的MP序列和MW组合序列的数据变化特征以及PPP定位结果的差异,验证了经验公式的可行性和有效性。     

BD-2星载原子钟长期在轨性能评估

利用WHU和GFZ提供的2013-01-01~2018-05-01北斗精密钟差数据，从原子钟相位、频漂、频率准确度和频率稳定度指标等方面对BD-2星载原子钟的长期在轨性能进行评估。结果表明，相位数据连续性和稳定性不佳，调相操作频繁；频漂维持在10-18~10-17 /s量级；准确度处于10-11量级，比较稳定；万秒稳定度在10-14~10-13量级，MEO卫星相较于GEO和IGSO卫星更加稳定。此外，分析原子钟切钟对频漂、准确度和稳定度的影响，并给出BD-2卫星钟的切换信息。     

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。     

卫星导航与应用

2012年12月27日,北斗卫星导航系统二代一期系统正式为亚太地区提供区域被动导航定位服务。当前的星座为5GEO+5IGSO+4EMO,到2020年星座将会发展到由35个卫星构成,这是一个全球性的星座,其构成为5GEO+3IGSO+27MEO。     

MGEX北斗差分码偏差产品质量分析

对MGEX发布的北斗差分码偏差（differential code biases, DCB）产品的精度与稳定性进行质量分析,比较其日解产品与周解产品,并利用交叠式Allan方差初步计算分析北斗差分码偏差的随机误差特性。结果表明,北斗系统IGSO卫星DCB产品精度与稳定性最优,MEO次之,GEO最差。3种产品中,DCBB2B3的精度与稳定性最优,DCBB1B2次之,DCBB1B3最差。实验分析得出,北斗系统DCB随机误差组合主要为WN+GM,DCBB1B2、DCBB1B3与DCBB2B3的高斯白噪声分别为0.16 ns、0.15 ns、0.09 ns;一阶马尔可夫过程噪声分别为0.093 ns/d、0.049 ns/d、0.058 ns/d,相关时间分别为42.63 d、85.79 d、42.63 d。     

基于SAFA-FDGM(1,1)模型的BDS钟差预报

为建立高精度的BDS钟差预报模型,提出一种基于改进的萤火虫算法优化的分数阶离散型灰色系统SAFA-FDGM(1,1)钟差预报模型。为避免萤火虫算法陷入局部最优解,提高萤火虫算法的优化能力,本文引入惯性权重因子,同时对吸引力因子、步长因子进行改进;利用改进的萤火虫算法自动优化选取FDGM(1,1)分数阶因子来提高FDGM(1,1)数据拟合精度。分别采用C02(GEO)、C09(IGSO)、C12(MEO)三种不同类型卫星的钟差数据进行实验分析,结果表明,本文预报模型优于传统二次多项式模型与GM(1,1)模型,其中3~6 h预报误差小于1 ns,9~12 h预报误差优于2 ns,对建立高精度的BDS卫星通用钟差预报模型具有重要参考价值。     

BDS卫星差分码偏差稳定性分析及其短期预报

利用MGEX(multi-GNSS experiment)发布的BDS卫星差分码偏差(differential code bias, DCB)产品，比较分析不同太阳活动水平下BDS卫星DCB产品的稳定性变化特性，并采用差分自回归移动平均(auto-regressive integrated moving average, ARIMA)时间序列预测模型，实现不同太阳活动水平下BDS卫星DCB的短期预报。结果表明，在太阳活动高年，BDS卫星DCB日解值稳定度、月稳定性均明显低于太阳活动低年，且不同卫星星座类型的BDS卫星DCB稳定性也存在差异；ARIMA时间序列预报结果与MGEX发布值符合程度较好，优于多项式拟合法预测结果。     

基于B1C/B2a观测数据的北斗卫星精密定轨及广播星历轨道分析

利用开通全球服务以来近2 a的iGMAS和MGEX观测数据,确定并分析北斗三号卫星B1C/B2a数据的长时序定轨性能,以评估广播星历轨道对用户定位的影响。结果表明,基于新频点B1C/B2a观测数据的北斗三号MEO卫星精密轨道径向精度约为3 cm, IGSO约为8 cm。除GEO外,北斗三号IGSO/MEO卫星的广播星历轨道在径向、法向和切向的平均精度约为0.11 m、0.36 m和0.38 m,均优于GPS卫星;卫星轨道引起的用户测距误差(SISRE)约为14.5 cm。然而,广播星历轨道的激光测卫(SLR)检核残差结果显示,其轨道径向存在明显系统性偏差,最大可达近10 cm。     

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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。     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究，得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明，选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站，利用72 h弧长观测数据，采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度，其中GEO卫星轨道精度约291 cm，IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨，也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

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。
     

GEO卫星轨道机动对BDS NPA阶段的RAIM可用性影响分析

统计分析各GEO卫星轨道机动对亚太区域NPA（non-precision approach）阶段的RAIM（receiver autonomous integrity monitoring）可用性影响。结果表明，GEO卫星在07∶00～08∶00和15∶00～16∶00对系统的可用性影响最大，但各卫星影响时段不同；GEO卫星C04卫星14∶00～23∶00和C05卫星00∶00～05∶00的调控时段使得系统可用性低于99.9%，分析原因可知，其主要受两颗卫星的定点位置和MEO卫星的回归周期影响。另外，为了揭示新启用的IGSO C13卫星对BDS系统在服务区域可用性的改善情况，对比分析了新IGSO C13卫星启用前后对BDS系统在亚太区域内可用性影响情况发现，C13卫星的运行使得BDS系统在服务区的可用性平均提高0.05%，达到99.99%。     

BDS多路径效应特征及其对静态基线解精度的影响

为研究BDS载波相位多路径效应的特征,在强多路径环境下进行连续多天短基线静态数据采集,并计算双差观测值残差序列,分GEO、IGSO、MEO 3类卫星分析BDS多路径重复性,在此基础上研究多路径效应对BDS静态基线解精度的影响。结果表明,BDS多路径误差具有较强的重复性,其中GEO及IGSO卫星的多路径误差重复周期为1 d,MEO卫星的多路径误差重复周期为7 d;GEO卫星的多路径误差具有系统性偏移,但不是一个常数,而是随时间发生缓慢变化,因此长时间的静态观测并不能平滑该误差,从而导致在较强多路径环境下,BDS多路径误差对其静态解的影响可达cm级。