基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨研究

利用GRACE卫星2015年1月1日至7日的星载GPS观测数据,基于卫星简化动力学定轨方法和事后批处理定轨模式,利用24小时弧段进行精密定轨。采用多种手段进行评价定轨精度,通过分析,观测值定轨残差稳定在7mm,与德国地学中心(GFZ)发布的事后精密轨道在径向、切向、法向的RMS值分别是3cm,2cm,3cm,利用SLR检核轨道精度优于4cm。结果表明,使用简化动力学定轨可实现低轨卫星的cm级高精度定轨。     

基于几何法的动力学定轨方法研究

几何定轨方法不受力学模型误差的影响,过程简单,但是定轨精度不高,轨道外推精度也得不到保证。动力法定轨精度较高,但是在完成观测数据积累之前无法定轨,并且受到力学模型精度的影响。本文结合几何法和动力法的优点,研究了基于几何法的动力学定轨方法,仿真结果表明:该方法可以得到优于几何法的定轨结果,并且结果比较稳定。     

GRACE卫星非差简化动力学定轨研究

本文基于卫星精密定轨的基本理论,研究了GRACE卫星非差简化动力学定轨的方法;并用自行研制的定轨软件CASMORD对实测的星载GPS数据进行非差数据的简化动力学定轨,通过比较GRACE卫星解算的轨道与JPL事后轨道及SLR测距信息,结果表明:利用非差观测值进行CRACE卫星的简化动力学定轨,三维位置精度(3D-RMS)...     

重力卫星星载GPS简化动力学精密定轨

利用GRACE和SWARM重力卫星星载GPS观测数据,基于简化动力学方法进行精密定轨,通过相位观测值残差分析、重叠轨道对比和科学轨道对比进行轨道精度检核。GRACE和SWARM卫星相位观测值残差RMS值稳定在6 mm左右,重叠轨道对比差值RMS在径向、切向和法向均优于1.24 cm;通过与GFZ和ESA提供的GRACE卫星与SWARM卫星精密轨道对比,GRACE卫星简化动力学轨道在R,T,N方向的轨道精度分别达到1.3 cm、2.1 cm和1.3 cm;SWARM卫星简化动力学轨道在径向、切向和法向的轨道精度分别达到0.8 cm、1.3 cm和1.6 cm。实验表明,基于简化动力学方法,GRACE和SWARM卫星定轨精度均到达厘米级。     

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明:SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7~10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局(ESA)发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2~5cm,切向轨道差值RMS为2~5cm,法向轨道差值RMS为2~4cm,3D轨道差值RMS为4~7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。     

GRACE卫星几何定轨精度的时域和空域分析

使用GRACE卫星星载GPS观测数据进行非差几何定轨,与JPL发布约化动力学轨道进行对比,轨道精度为厘米级。详细地分析了GRACE卫星几何轨道在空间上的分布特征以及影响因素,结果表明：由于HDOP、可见卫星数和GPS监测站分布的影响,GRACE卫星几何轨道的空间分布呈现出3个特征：1)定轨精度在陆地区域优于海洋区域;2)整体精度分布呈现出低纬部分精度低于高纬度部分;3)北纬60°区域精度较北极区域更高。     

GNSS观测噪声对低轨卫星轨道确定的影响分析

低轨卫星不仅是实现全球通信的重要手段,也是对地观测研究的重要平台.利用全球卫星导航系统(GNSS)确定高精度的轨道是实现低轨卫星各项功能的重要基础.为了研究GNSS观测噪声对低轨卫星定轨精度的影响,该文通过模拟包含不同量级观测噪声的GNSS观测值,分析了 GNSS观测噪声对运动学定轨和动力学定轨结果的影响.实验结果表明,在伪距噪声量级优于0.6 m、载波相位噪声量级优于2 mm时,运动学定轨与动力学定轨结果相当,且都在毫米级;在伪距噪声量级为6m、载波相位噪声量级为厘米级时,运动学定轨结果达到厘米级,而动力学定轨结果仍然为毫米级,体现出了相对于运动学定轨的优越性;载波噪声相对伪距噪声对定轨结果的影响更大.     

重力场模型对Swarm卫星精密定轨的影响分析

采用星载GPS观测数据与简化动力学定轨方法,在方程中引入伪随机脉冲参数,从而实现对Swarm卫星的精密定轨. 详细分析了不同阶次的GOCO06s地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响,对比了PGM2000a、EIGEN-2、EGM2008以及GECO重力场模型展开到100阶次时Swarm卫星解算的轨道精度. 结果表明:当GOCO06s地球重力场模型阶次处于30～100阶次时,Swarm-A、Swarm-B和Swarm-C卫星在径向、切向、法向上的定轨精度随着GOCO06s阶次的不断增加而越来越高,而在高于100阶次时,定轨精度基本稳定,且在各方向定轨精度优于3 cm. 此外,采用100阶次GECO、EGM2008和GOCO06s模型对三颗Swarm卫星进行定轨,解算的轨道精度相当,且要高于同阶次其他重力场模型的定轨结果.      

GRACE星载GPS非差观测值简化动力学定轨

利用GRACE卫星的实测数据研究了重力卫星精密定轨问题;针对简化动力学精密定轨方法给出了一种有效的星载数据编辑、处理策略.编制了相应的软件,并利用该软件处理了GRACE-B卫星3 d的实测数据;通过与JPL公布的轨道导航解比较,以及激光观测值检验的方式分析了卫星轨道的精度.结果显示,利用简化动力学定轨方法解算的轨道精度在6 cm以内,能够满足重力场反演对轨道精度的要求.     

重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨的影响

利用简化动力学定轨的方法,联合Swarm星载GPS观测数据和简化的动力学模型,在确定性运动方程中引入优选的伪随机脉冲参数,实现了Swarm卫星的精密定轨;并详细分析了JGM3、EGM96、EGM2008以及EIGEN-6C4地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响。实验结果表明,高于40阶次的JGM3、EGM96、EGM2008以及EIGEN-6C4重力场模型均可使Swarm卫星单天解定轨精度优于8 cm,EGM2008与EIGEN-6C4解算的定轨精度优于JGM3和EGM96。     

精密卫星钟差加密方法及其对星载GPS低轨卫星定轨精度影响

系统分析、比较了几种精密卫星钟差加密方法，研究了利用全球分布的IGS永久跟踪站的GPS观测数据估计高采样率卫星钟差参数的原理与方法，并将各种卫星钟差加密方法得到的结果与IGS数据分析中心估计的卫星钟差结果相比较。最后将不同加密方法得出的精密卫星钟差结果用于基于星载GPS双频非差观测值的CHAMP低轨卫星的定轨，并将不同方法得到的定轨精度进行比较。结果表明，利用地面跟踪站的GPS观测数据，可高精度、高密度地估计GPS卫星钟差，估计精度可达0．1～0．5ns。经地面GPS跟踪站数据估计的GPS卫星钟差，应用于基于PPP方法的低轨卫星定轨，其定轨精度在10cm以内。     

GPS单点测速的误差分析及精度评价 (英文)

Error sources which decrease the accuracy of GPS in absolute velocity determination have been changed since SA was turned off. Firstly, quantities of all kinds of error sources that influence velocity determination are analyzed. The potential accuracy of GPS absolute velocity determination is derived from both theory and field GPS data simulation. After that, two tests were carried out to evaluate the performance of GPS absolute velocity determination in the case of a static and an airborne GPS receiver and INS （Inertial Navigation System） instrument in kinematic mode. In static mode, the receiver velocity has been estimated to be several mm/s with the carrier-phase derived Doppler measurements, and several cm/s with the receiver generated Doppler measurements. In kinematic mode, GPS absolute velocity estimates are compared with the synchronized measurements from the high accuracy INS. The root mean square statistics of the velocity discrepancies between GPS and INS come up to dm/s. Moreover, it has a strong correlation with the acceleration or jerk of the aircraft.     

Precise orbit determination for the FORMOSAT-3/COSMIC satellite mission using GPS

The joint Taiwan–US mission FORMOSAT-3/ COSMIC (COSMIC) was launched on April 17, 2006. Each of the six satellites is equipped with two POD antennas. The orbits of the six satellites are determined from GPS data using zero-difference carrier-phase measurements by the reduced dynamic and kinematic methods. The effects of satellite center of mass (COM) variation, satellite attitude, GPS antenna phase center variation (PCV), and cable delay difference on the COSMIC orbit determination are studied. Nominal attitudes estimated from satellite state vectors deliver a better orbit accuracy when compared to observed attitude. Numerical tests show that the COSMIC COM must be precisely calibrated in order not to corrupt orbit determination. Based on the analyses of the 5 and 6-h orbit overlaps of two 30-h arcs, orbit accuracies from the reduced dynamic and kinematic solutions are nearly identical and are at the 2–3 cm level. The mean RMS difference between the orbits from this paper and those from UCAR (near real-time) and WHU (post-processed) is about 10 cm, which is largely due to different uses of GPS ephemerides, high-rate GPS clocks and force models. The kinematic orbits of COSMIC are expected to be used for recovery of temporal variations in the gravity field.     

软件TTC在高频GPS动态数据处理中的应用

在推导单基站GPS动态定位算法公式的基础上,探讨了应用Trimble Total Control 2.73软件对高频GPS动态数据进行处理分析的方法和流程。对某试验中的GPS数据进行处理,与GrafNav 7.8软件处理结果作了对比分析,给出了Trimble Total Control在高频GPS动态数据处理中的精度。     

GPS／BeiDou 组合单点定位的定权与结果分析

利用Helmert方差分量估计方法为GPS/BeiDou组合单点定位不同系统观测值定权,获得了合理的权值。分析了开阔环境和遮挡环境两种情况下的动态GPS/BeiDou组合单点定位的精度。结果表明：在静态观测和动态观测中,组合单点定位与单独G PS单点定位相比精度有显著提高。     

GPS测量系统动态定位精度验收方法研究

相位差分GPS测量系统定位精度高，对系统动态定位精度的考核、验收的难度大。通过分析几种常见的动态定位精度验收方法，确定了合理的相位差分GPS系统动态精度验收方法。分析了方法自身达到的精度。建立了数据误差处理的数学模型，给出了精度评定方法。     

低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

GPS单点测速的误差分析及精度评价

首先从理论和实测数据模拟两方面分析了SA取消后各类误差源对GPS测速的影响,推导并计算了GPS单点测速可能达到的精度水平。然后用静态数据模拟动态测速试验和实测动态数据测速与同步高精度惯导测速的动态试验进行验证。结果表明,采用载波相位导出的多普勒观测值使用静态数据模拟动态测速,其精度可以达到mm/s级;用接收机输出的多普勒观测值进行测速时,其精度为cm/s级。在动态测速试验中,GPS单点测速方法（即多普勒观测值测速与导出多普勒观测值测速）间的符合精度达到cm/s级,与高精度的惯导测速结果的符合精度为dm/s级,而且和运动载体的动态条件（如加速度和加速度变化率的大小）具有很强的相关性。     

The celestial mechanics approach: application to data of the GRACE mission

The celestial mechanics approach (CMA) has its roots in the Bernese GPS software and was extensively used for determining the orbits of high-orbiting satellites. The CMA was extended to determine the orbits of Low Earth Orbiting satellites (LEOs) equipped with GPS receivers and of constellations of LEOs equipped in addition with inter-satellite links. In recent years the CMA was further developed and used for gravity field determination. The CMA was developed by the Astronomical Institute of the University of Bern (AIUB). The CMA is presented from the theoretical perspective in (Beutler et al. 2010). The key elements of the CMA are illustrated here using data from 50 days of GPS, K-Band, and accelerometer observations gathered by the Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE) mission in 2007. We study in particular the impact of (1) analyzing different observables [Global Positioning System (GPS) observations only, inter-satellite measurements only], (2) analyzing a combination of observations of different types on the level of the normal equation systems (NEQs), (3) using accelerometer data, (4) different orbit parametrizations (short-arc, reduced-dynamic) by imposing different constraints on the stochastic orbit parameters, and (5) using either the inter-satellite ranges or their time derivatives. The so-called GRACE baseline, i.e., the achievable accuracy of the GRACE gravity field for a particular solution strategy, is established for the CMA.     

基于多普勒测速的GPS单历元动态定位算法

在传统的GPS单历元动态定位参数估计中,由于先验约束信息较少,模糊度求解和定位性能往往较低。据此,研究了多普勒测速在GPS单历元动态定位中的应用,提出了一种附有GPS多普勒测速信息约束的坐标更新方法,即利用移动载体先验坐标和多普勒测速信息预测当前历元坐标。考虑到该方法进行坐标更新的精度较高和传统单点定位坐标更新的稳健性较强等特点,在此基础上给出了相应的单历元整周模糊度参数求解策略,进一步提高了该方法的定位性能。试验结果表明,所提出的算法相对于传统的无速度信息坐标约束的GPS单历元动态定位算法,其模糊度浮点解精度、模糊度固定率和平均定位精度均有了进一步提高,尤其是在观测卫星数较少、卫星几何结构较差的情况下更为明显。