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。     

混合构型低轨卫星增强GPS精密单点定位性能分析

低轨卫星具有信号强度高、运动速度快的特点,引入低轨卫星可改善矿区、城市、峡谷等复杂环境下GNSS接收机观测数据质量差、定位精度较低的问题。采用混合构型低轨星座进行定位增强,利用仿真低轨卫星数据对不同数量、不同构型的低轨卫星在不同截止高度角情况下增强GPS PPP性能进行分析。结果表明：1)GPS联合LEO定位可以显著增加可见卫星数,降低PDOP值。2)在截止高度角为30°时,低轨卫星可显著提高GPS定位性能,改善定位精度并减少收敛时间。其中,主子星座(96+9)联合GPS定位与同卫星数低轨卫星相比,在提升子星座覆盖区域测站(HKSL)N、U方向定位精度及减少收敛时间方面效果更好。     

用PANDA对GPS和CHAMP卫星精密定轨

介绍了武汉大学自主研制的卫星导航系统综合处理软件PANDA；利用全球45个IGS站以及CHAMP卫星星载GPS数据．在不同条件下分别实现了GPS卫星的精密定轨．以及CHAMP卫星和GPS导航星座联合精密定轨。结果与IGS的最终精密星历以及GFZ提供的CHAMP卫星精密轨道的比较说明：PANDA软件求解的GPS导航星座和CHAMP卫星轨道精度处于同等水平。     

基于低轨星座增强的北斗系统RAIM可用性分析

介绍基于残差的RAIM模型及基于单故障假设的保护水平计算方法,分析信号波束角与低轨信号高度遮蔽角之间的关系,提出以保护水平改善值和保护水平改善比作为低轨星座完好性增强的评价指标。同时,基于北斗系统与低轨星座的仿真数据,分析高度遮蔽角和等效误差水平对低轨星座增强的北斗系统保护水平和RAIM可用性的影响。结果表明,低轨星座的高度遮蔽角和等效误差水平越低,对导航系统保护水平和RAIM可用性的增强效果越好。     

低轨卫星导航增强系统精密星历设计方法研究

在研究GRACE、SWARM等10余颗低轨卫星轨道特性的基础上,对低轨卫星列表型精密星历的采样间隔和内插方法进行分析,并根据用户需求,设计效率优先和精度优先2种精密星历方案。结果显示,低轨卫星轨道高度对采样间隔和内插方法有显著影响,针对3 cm和10 cm轨道精度要求,通过合理设计轨道可将星历文件占用存储空间压缩99%以上。     

顾及不同LEO卫星数量及轨道误差的GPS/LEO联合PPP

为解决现有单系统GPS PPP收敛速度较慢的问题,选取不同卫星数量构成的LEO星座系统,根据观测值仿真原理得到待估点来自低轨卫星的伪距观测值和相位观测值;选取CPVG、WUH2、KOUG、IISC、FUCN测站,利用GPS及仿真附加轨道误差的LEO星座观测数据进行静态精密单点定位,以分析LEO星座的增强效果。结果表明： 1）在原有GPS系统中加入LEO星座后,3种组合场景下平均可见卫星数量分别增加9.7、19.4、31.3颗,PDOP值分别减少0.7、0.9、1.1; 2）收敛时间快速缩短,由单系统GPS卫星的17.1 min分别降至4.7 min、2.1 min、1.5 min,收敛时间分别缩短67.3%、84.4%、89.5%; 3）E方向上的RMS值分别提升34.4%、59.4%、72.9%,N方向上分别提升37.4%、60.3%、67.3%,U方向上分别提升55.9%、71.7%、79.6%。LEO星座对GPS PPP的性能提升巨大,对于指导LEO星座增强GPS系统设计及拓展精密单点定位的应用场景具有一定价值。     

基于全球IGS数据的GPS导航星座精密轨道确定

研究GPS导航星座精密轨道确定的基本问题及其处理策略.基于2008年3月29日至4月7日的148个站的IGS站数据,计算了GPS卫星轨道的单天解和3天解,通过与CODE中心的最终轨道进行比较,评价了相应轨道的精度.结果显示,基于该导航星座轨道生成策略,单天轨道解径向精度优于9 cm,3天解轨道径向精度优于5 cm.     

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。     

基于GPS的地基增强系统机载端完好性算法研究

针对地基增强系统（GBAS）非完好性事件的极端性,开展GBAS完好性算法研究,给出H0和H1假设下的机载端保护级计算方法,并分析GBAS中引起“虚警”和“漏警”两类非完好性事件的主要误差源。实验结果表明,机载端伪距经过差分校正后其位置精度优于1 m,可用性大于99.999 9%,满足CAT Ⅰ精密进近着陆导航需求。同时,进行非完好性事件仿真验证的结果表明,卫星几何分布和电离层风暴是引起“虚警”和“漏警”的主要误差源,未来CAT Ⅲ GBAS需将单星座扩展为包括北斗在内的多星座,将单频升级为双频,其中多星座可以优化卫星的几何布局,双频可以消除电离层风暴的影响。     

地震电磁卫星精密定轨方法研究

高精度卫星轨道是提高卫星应用水平的基础,卫星精密定轨方法主要基于卫星轨道动力学理论．通过跟踪卫星轨迹的测轨技术,将几何和动力学信息进行融合。地震电磁卫星拟采用星载GPS和综合轨道求解方法进行精密定轨．并辅之以人卫激光测距,其定轨的精度可达厘米级。     

星载GPS实时定轨中重力场模型阶次的最优确定方法

分析重力场模型的截断误差及其影响因素,并用多颗不同轨道高度的低轨卫星GPS实测数据进行实时定轨仿真分析,提出实时定轨精度能够达到1.0 m(伪距法实时定轨)和0.5 m(相位法实时定轨)的重力场模型阶次的最优确定方法。使用CHAMP和TerraSAR-X 2颗卫星实测数据,验证了重力场模型阶次的最优确定方法的可行性和有效性。该方法不仅避免了传统经验法确定重力场模型阶次不准确的问题,而且不需要借助精密轨道进行精度评估,便于实时定轨系统的工程应用。     

基于实测星间距离的BDS-3卫星集中式自主定轨性能初步分析

简要给出基于星间双向测距的BDS-3导航卫星自主定轨模型,然后基于BDS-3基本系统的18颗MEO的星间链路测距数据开展自主定轨处理及性能分析。结果表明,BDS-3星间链路测距功能运行稳定、连续性较好,单星可用链路数目约为8.5条,星间建链几何构型PDOP值约为1.34;连续30 d的集中式自主定轨处理正常稳定,与事后精密产品比较得出,所有卫星的轨道URE的平均RMS为0.47 m,相对时间同步误差的平均RMS为0.31 ns。     

基于Bayes理论的星间链路自主定轨误差评估方法

针对导航星座自主运行期间因缺乏外部基准而导致自主定轨结果不能得到有效评估的问题,提出一种基于Bayes理论的自主定轨结果评估方法。一方面充分考虑定轨误差的先验统计特性,以提供先验位置基准;另一方面以卡尔曼滤波中定轨协方差的迹作为定轨URE的表征量,解决了自主定轨中对定轨误差没有观测信息的问题。利用自主定轨的仿真数据对该方法进行验证,结果表明,对于单颗卫星,在24 d内,由该方法得到的URE估计误差不超过±0.5 m,验证了该方法的可行性。     

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。     

JASON-2天线相位中心变化估计及1 cm精密轨道确定

利用JASON\|2卫星1 a的实测星载GPS数据,基于非差简化动力学定轨残差,建立JASON\|2接收机天线相位中心变化（PCV）模型。采用一个轨道重复周期的独立数据,分析JASON\|2的PCV对定轨残差和定轨精度的影响。引入所得PCV确定JASON\|2的1 a的最终精密轨道,通过残差分析、重叠弧段对比以及与JPL外部精密轨道比较等方式对轨道精度进行评价,结果表明,所得PCV能够提升JASON\|2卫星精密轨道精度且结果比较稳定,可以实现3D RMS接近2.5 cm、径向RMS约1.0 cm的定轨精度。     

伪随机脉冲对卫星轨道拟合精度影响分析

研究伪随机脉冲在吸收低轨卫星和4大导航系统卫星未模型化摄动力方面的有效性，分析其对拟合轨道精度的影响。结果表明，伪随机脉冲能够有效吸收低轨卫星及GNSS卫星未模型化的摄动力。对于低轨卫星，伪随机脉冲能够有效模拟大气阻力对轨道的影响，达到mm级拟合精度；对于GNSS卫星，伪随机脉冲能够在一定程度上吸收太阳光压摄动，尤其是与ECOM太阳光压模型联合使用，能够充分吸收ECOM模型未能吸收的摄动力，只需每天设置一组伪随机脉冲参数，其拟合精度能达到mm级。     

联合低轨卫星和地面监测站数据确定导航卫星轨道

探讨同时利用星载数据和地面监测站数据进行导航卫星联合定轨的方法。为验证该方法的有效性,利用2011-03-16~31中国境内7个GPS监测站的观测数据和GRACE-A&B星载数据进行定轨实验。结果表明,在7个国内监测站基础上,加入一颗低轨卫星（GRACE-B）星载GPS数据,GPS可见弧段增加约14%,卫星径向、切向和法向（R、T、N）定轨精度可分别提高约35%、44%和45%;若同时加入GRACE-A和GRACE-B星载数据,可见弧段增加约18%,R、T、N分量精度分别提高约51%、60%和62%。该方法为区域监测站布设条件下导航卫星定轨精度的提升提供了一种新思路。     

观测质量对北斗系统集中式实时自主导航的影响分析

介绍集中式实时自主导航参数分解滤波的基本原理及星间链路观测值的仿真方法。基于仿真北斗系统全星座的星间链路测量数据，进行60 d的集中式实时自主导航解算，论证观测噪声及残余系统误差对北斗系统3类卫星自主导航精度的影响。结果表明，观测噪声对自主导航精度无显著影响；残余系统误差中的固定偏差为影响自主导航精度的主要成分，且残余系统误差对自主导航精度影响较大，需要对其认真检校。另外，观测噪声及残余系统误差的变化对北斗系统3类卫星自主导航精度的影响无显著差异。     

星间链路构型对自主导航精度的影响分析

以北斗仿真星座为对象,探讨UHF波段与Ka波段的不同星间链路建链条件下GEO、IGSO及MEO卫星的可见链路数及PDOP值的变化。此外,还针对不同星间链路构型方案,分别采用其对应仿真观测数据进行60 d自主导航解算,通过对解算结果精度的分析,探讨星间链路测距模式及星间链路构型对自主导航的影响。结果显示,星间链路测距模式对自主导航精度无影响,而星间链路构型则对自主导航精度存在cm量级的影响。在星间链路设计过程中应综合考虑导航精度、链路负荷及建设成本等因素,以达到最优效果。     

低轨卫星轨道序列反演J2项的精度分析

为了确定地球动力学形状因子( J2项)以满足其在卫星定轨、武器发射以及天文常数确定等方面的应用,根据卫星所受摄动力的不同,依据3颗重力卫星轨道序列长期变化趋势对其进行估算。分析了卫星轨道高度、数据采样间隔以及所受摄动力等对反演精度的影响,结果表明：重力卫星的轨道越高,反演的地球动力学形状因子精度越好,此外,顾及GOCE卫星在轨的真实受力情况时,反演的精度要低于仅考虑低阶地球重力场摄动的精度。