GPS卫星广播星历轨道误差的探讨

对GPS卫星播发的广播星历进行分析,利用获得的开普勒轨道参数和轨道摄动修正量计算卫星轨道坐标,并与精密星历的轨道坐标进行比较,探讨广播星历的轨道精度.     

关于广播星历轨道误差的探讨

通过利用广播星历中的开谱勒轨道参数与轨道摄动修正量计算卫星轨道坐标与精密星历的轨道信息进行比较 ,探讨广播星历的轨道精度。     

GPS卫星轨道数值积分与广播星历及IGS精密星历的比较

本文采用作者自编的SPPORB IT程序,对GPS卫星轨道的运动方程进行Adam s数值积分求解,同时利用广播星历计算卫星轨道坐标,然后将两者结果同IGS精密星历提供的卫星坐标进行比较,并探讨其轨道误差,计算结果显示广播星历与精密星历差值在2m左右,而数值积分与精密星历的差值在2 cm左右,进一步的分析表明前者误差较大是没有考虑卫星所受的太阳光压、日月引力等影响,而后者考虑了这些影响。鉴于IGS提供的是地固系坐标,而本文数值积分是在惯性系坐标系下进行的,因此本文还举例对惯性坐标系和地固系之间的坐标转换进行了描述。最后,通过实例说明SPPORB IT程序的稳定性以及Adam s数值积分方法的有效性。     

GPS卫星定轨研究及STK仿真分析

首先对GPS卫星的轨道定轨的原理进行了简单描述,以卫星的广播星历数据为基础,计算出卫星的16个轨道参数,进而得到该卫星任一时刻的瞬时坐标。以2017年4月7日的GPS07号卫星的广播星历数据为例,计算该GPS卫星当天的轨道坐标,并将结果与当天IGS提供的精密星历所提供的卫星轨道坐标进行比较,计算结果显示广播星历误差可达5 m。最后使用STK软件调用MATLAB软件读取数据进行仿真分析,模拟出卫星的轨道,并计算出卫星的坐标,数值结果可为轨道设计提供技术参考。     

基于Helmert变换的GPS动力学轨道平滑

从卫星的运动方程出发,提出了基于Helmert变换的动力学轨道平滑的方法.首先基于卫星运动方程得出在给定初始状态下的动力学积分轨道,然后在精密星历采样时刻建立动力学积分轨道与精密星历之间的Helmert变换模型,从而实现动力学轨道平滑.计算结果表明,该算法得到的动力学平滑轨道具有与IGS精密星历相当的精度.     

基于OpenGL和IGS精密星历的GPS卫星轨道可视化

利用IGS精密星历提供的GPS卫星坐标,采用切比雪夫多项式对GPS卫星坐标进行拟合,最终在MFC的环境中运用OpenGL实现对GPS卫星轨道的三维可视化。通过对GPS卫星轨道的可视化,为GPS卫星状态的监测提供了更加直观的工具,对以后卫星导航定位的研究具有重要的意义。     

GPS轨道插值方法

国际GNSS组织（IGS）中心提供的GPS卫星精密星历的时间间隔为15min,在GPS的实际应用中必须要对GPS轨道进行插值。常规的GPS轨道插值方法有Lagrange插值、Neville插值和Chebyshev拟合。对上述3种插值方法进行了详细分析,并用于GPS轨道插值;然后利用美国国家大地测量局（NGS）提供的GP...     

GPS精密星历的外推精度分析

列出了轨道拟合和轨道外推所用的摄动力模型,讨论了轨道拟合和轨道积分的过程。利用轨道拟合的方法拟合出高精度的初始轨道参数,在此基础上外推7天的轨道,将结果与IGS提供的最终星历比较,得出GPS轨道的外推精度:每颗卫星都是切向误差最显著,径向和法向的误差不明显;星蚀卫星的轨道外推精度明显低于一般卫星;问题卫星的轨道外推误差特别大。     

导航电文星历参数对卫星轨道精度的影响

卫星导航定位的关键是获知导航卫星的精确位置,其轨道精度与导航电文中广播星历参数密切相关。分析了由广播星历参数计算的卫星广播轨道与精密星历确定的真实轨道之间的误差,并将其投影到卫星切向、径向和法向进行仿真研究。比较了民用导航电文（CNAV）和旧民用导航电文（NAV）的星历参数的差异,利用精密星历拟和出对应的广播星历参数,研究其星历参数的变化对卫星轨道精度的影响。分析了GPS不同频点播发的导航电文中星历参数在数据帧内的结构。研究结果表明：GPS卫星广播轨道误差一周内在2到4m内变化,而其在切向、径向和法向的投影值呈现周期性余弦变化,其演变周期与GPS轨道周期近似相等,而选取改进后的17个广播轨道参数表示的星历数据于15个星历参数对比,其轨道拟和误差值改善2～3cm.     

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。     

GPS/BDS卫星摄动力数值分析

由精密星历利用拉格朗日插值公式求二次导数的方法计算了卫星在J2000.0惯性坐标系下的总加速度;利用现有的力模型计算了地球中心引力,地球非球形摄动力,太阳、月球和其他行星的摄动力,地球固体潮摄动力,相对论效应摄动力对GPS/BDS卫星所产生的加速度数值大小;利用G-file里的BERNE太阳光压模型参数计算了GPS卫星太阳光压摄动加速度大小;对GPS/BDS卫星所受的不同摄动力进行了数值分析,对同一摄动力对不同类型卫星的影响进行了数值分析比较。结果表明,现有力模型与GPS/BDS卫星所受的实际作用力仍有一定的差距,不同类型卫星所受摄动力有明显差异,在精密定轨的实际应用中应根据不同类型卫星建立合适的力学模型。     

太阳活动对GPS卫星广播星历的影响

采用了切比雪夫拟合多项式内插IGS精密星历,计算了GPS卫星广播星历轨道误差,比较了其在太阳活动谷值和峰值时的误差,讨论了其与太阳活动状况的关系。     

基于Bernese软件对卫星定轨实时计算

利用GPS广播星历计算卫星坐标是GPS实时定位中的重要部分,卫星轨道精度对GPS定位结果有很大影响。依据Bernese卫星定轨流程,利用Fortran语言实现了卫星轨道处理程序,并通过实例对计算得到的卫星轨道坐标与Bernese5.0软件处理的广播星历和精密星历得到结果进行比较分析,误差均小于±2.5m,程序定位效果良好,证实了自编程序的可行性。     

利用SLR与伪距资料综合定轨

以GPS伪距为观测量对GPS35卫星进行定轨 ,然后将SLR与GPS伪距资料综合起来进行定轨 ,并将计算的轨道与IGS精密轨道进行了比较     

MGEX广播星历轨道和钟差的精度评估

为了对MGEX提供的广播星历产品进行精度评估，本文推导了广播星历计算卫星在地固坐标系下位置的数学模型，归纳了精密星历对广播星历进行评估的基本原理和方法，借助MGEX系统提供广播星历产品，对比分析了MGEX系统提供的GPS卫星广播星历轨道及钟差的误差平均值和RMS值。试验结果表明：除个别卫星轨道误差RMS超过4 m，钟差误差平均值大于8 ns外，MGEX提供的7 d和27 d的广播星历产品的轨道精度都优于3 m，钟差误差小于6.5 ns。本文为使用MGEX广播星历的用户提供了参考依据。     

新太阳光压模型在GNSS定轨中的应用

太阳光压摄动是影响卫星定轨中重要的误差源,在GNSS导航卫星精密定轨过程中使用最为广泛的光压模型为ECOM模型。为了探究几种ECOM模型及其适用性,该文以超快速星历为起算轨道,分析对比经典ECOM-1模型与最新13参数ECOMC模型对GPS/BDS卫星轨道的影响。结果显示:相较于ECOM-1模型,ECOMC模型在GPS定轨中精度有所提升,特别体现在径向精度提升,单天与三天弧段在径向的解算精度分别提升了12.73%和24.74%;在BDS定轨中,采用ECOMC模型,部分GEO卫星在径向方向单天精度有12.38%的提升,而对于IGSO与MEO卫星二者精度差异不大;分析可得,由于星体结构不对称引起卫星在沿太阳-卫星方向作用的偶数阶短周期谐波扰动,引入卫星-太阳方向偶数阶项的参数估计可提升卫星径向精度。     

抗差估计在多站多星卡尔曼滤波精密定轨中的应用

针对在多站多星卡尔曼滤波定轨中,粗差探测判断标准选择不合适时会影响卡尔曼滤波解精度的问题,采用放宽粗差探测阈值并在滤波阶段采用抗差估计的方法来控制滤波的精度。利用IGS站和BD站的观测数据,分别计算了GPS、BD卫星单天弧度的定轨结果,并与IGS精密星历、武大精密星历作比较。结果表明,利用抗差卡尔曼滤波方法轨道精度得到了提高。     

星蚀期北斗卫星轨道性能分析——SLR检核结果

星蚀期北斗卫星的轨道性能是北斗卫星导航系统性能分析的重要部分。了解北斗卫星导航系统星历中星蚀期轨道的精度,不仅可为系统服务性能评估提供支持,还有助于了解星蚀期精密定轨中相关模型可能存在的问题,进而为精密定轨函数模型改进提供参考。本文基于2014年1月至2015年7月的卫星激光测距资料,重点分析了星蚀期对北斗不同类型卫星轨道的影响,同时也对北斗广播星历和精密星历中整体轨道径向精度进行检核。结果表明:星蚀期内(尤其是偏航机动期间),IGSO/MEO卫星的广播星历和精密星历轨道均存在明显的精度下降;广播星历轨道径向误差达1.5~2.0m,精密星历轨道径向误差超过10.0cm。但仅从轨道径向残差序列中难以发现星蚀期对GEO卫星轨道是否有显著影响。非星蚀期间,IGSO/MEO卫星和GEO卫星的广播星历轨道径向精度分别优于0.5 m和0.9 m。IGSO/MEO卫星的精密星历轨道径向精度优于10.0cm,GEO卫星的轨道径向精度约50.0cm,且存在40.0cm左右的系统性偏差。     

广播星历参数拟合算法研究

导航卫星一般采用近圆轨道,当卫星轨道偏心率或者轨道倾角接近于0时,利用GPS卫星开普勒轨道根数拟合卫星广播星历会出现一些问题。当高轨卫星轨道偏心率接近0时,广播星历拟合精度下降甚至拟合失败,为此本文提出了减少拟合参数个数、固定轨道根数M0或者延长星历参数拟合弧段长度的方法;针对GEO卫星在小倾角情况下,广播星历可能拟合失败的情况,本文提出了改变坐标系参考轨道面,在新的坐标系下拟合广播星历的方法。结果表明,改进后的拟合方法能适用于各种类型的导航卫星轨道,拟合精度在cm级或者mm级。     

星载GPS 伪距观测量重建及定轨精度分析

讨论了如何从星上下传的卫星位置数据中重建星载GPS 伪距观测量, 分析了重建伪距数据事后动力学 定轨精度及该方法对提高LEO 卫星位置精度的贡献。GRACE-A 卫星2008 年3 月1 日—14 日实测数据计算结果表明: 重建数据事后动力学定轨能显著提高地面主控站接收到的LEO 卫星实时位置精度; 其中由C/A 码伪距和广播星历 实时单点定位得到的卫星位置精度约为15m, 重建伪距事后动力学定轨得到的卫星位置精度约为2m。