风云三号C卫星星载GPS/BDS分米级实时定轨模型研究

风云三号C(Fengyun 3C,FY3C)卫星于2013年发射,搭载了全球导航卫星掩星探测仪(GNSS occultation sounder,GNOS),是国际首台兼容GPS和北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)的掩星探测仪,可同时提供GPS和BDS双频观测数据,为研究星载GPS/BDS组合定轨提供了机会。为了实现分米级精度的星载GPS/BDS组合实时定轨,首先推导了基于载波相位观测值的星载GPS/BDS实时定轨数学模型;然后重点分析了GPS与BDS广播星历误差的变化特性,对不同类型轨道的BDS广播星历误差在信号传播路径(location of signal,LOS)方向的投影进行统计,并以此为依据,建立载波相位观测值的伪模糊度待估参数及其随机模型,用来吸收LOS方向的广播星历误差,从而实现分米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATODS对FY3C卫星GPS/BDS实测数据模拟在轨实时处理,结果表明,在使用广播星历的条件下,基于星载GPS/BDS载波相位实时定轨,可以达到30 cm的位置精度以及0.3 mm/s的速度精度。加入BDS观测数据后,虽然BDS卫星的广播星历整体精度低于GPS,但是通过合理设置伪模糊度参数的随机模型,实时定轨结果相对于单GPS有了一定的提高,当FY3C卫星经过亚太地区上空时,实时定轨精度可提高10%以上。     

星载BDS/GPS低轨卫星定轨精度分析

针对低轨卫星搭载BDS/GPS接收机实现定轨将成为定轨领域热点的现状,该文讨论了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨需要考虑的数学模型,阐述了实时定轨和精密定轨的模型差异。基于自主研发程序,利用高动态信号仿真器仿真的星载BDS/GPS数据研究了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨的可行性及其能达到的精度。试验结果表明,星载BDS/GPS实时定轨位置精度为1.19m,速度精度为2.35mm/s。GPS信号发生中断时即仅采用BDS观测数据进行实时定轨时,三维位置误差达到3.73m;星载BDS/GPS精密定轨位置精度为2.30cm,仅采用BDS观测数据进行精密定轨时,三维位置误差可达到8.26cm。     

顾及广播星历误差分离吸收的分米级星载GPS实时定轨新方法

受广播星历轨道误差与卫星钟误差以及伪距观测噪声等因素的制约,传统的星载GPS伪距实时定轨方法位置精度通常只能达到1.0m左右,速度精度为1.0mm/s左右。本文提出了一种新的高精度星载GPS实时定轨方法,该方法基于广播星历误差的缓变特性,同时使用伪距与相位作为观测值,通过在卡尔曼滤波模型中设置相应参数对广播星历误差进行分离吸收,从而实现分米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATPODS对不同轨道高度的CHAMP(320km)、GRACE-A(460km)与SAC-C(700km)卫星连续31d的实测数据模拟在轨实时处理,结果表明,新方法可以实现30~40cm的位置精度以及0.3~0.5mm/s的速度精度,相比于传统的伪距实时定轨方法,精度可提高50%以上。     

海洋二号A与资源三号卫星星载GPS自主轨道确定

系统研究了基于海洋二号A（HY2A）与资源三号（ZY3）卫星国产星载GPS接收机双频数据的自主定轨问题,模拟在轨实时处理的结果表明,HY2A与ZY3卫星伪距自主定轨的位置精度可达1.3 m,速度精度可达1.2 mm/s;而HY2A卫星相位自主定轨位置精度可达38 cm,其中径向精度约10 cm,速度精度可达0.36 mm/s;ZY3卫星相位定轨位置精度可达54 cm,速度精度可达0.54 mm/s。自主定轨的相关成果可以应用于我国后续对地观测计划的实时服务。     

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.     

高精度星载GPS实时定轨卡尔曼滤波模型

在动力学模型补偿算法的基础上,推导了星载GPS实时定轨的卡尔曼滤波模型。以此为理论基础,自主研制了星载GPS实时定轨软件SATODS。使用CHAMP卫星上的星载GPS实测伪距数据以及GPS卫星广播星历来模拟实时定轨数据处理,并将实时定轨结果与JPL精密轨道进行比较分析。结果表明,在滤波收敛后,实时定轨的轨道精度和速度精度的3dRMS分别可达到1.0m和1.2mm/s,受观测数据的GPS卫星数、PDOP值、粗差数据和数据中断等因素的影响较小。     

风云3C增强北斗定轨试验结果与分析

首次搭载GPS/BDS双模接收机全球导航卫星掩星探测仪(GNOS)的风云三号C星于2013年9月23日的成功发射,为研究低轨卫星对BDS定轨增强提供了便利。本文首先对低轨卫星GNOS搭载的GPS/BDS双模接收机的观测数据进行统计,并分析了伪距测量精度。然后在全球测站、区域测站两种布局情况下,对无GNOS的BDS单系统定轨、无GNOS的GPS/BDS双系统定轨、有GNOS的BDS单系统定轨增强、有GNOS的GPS/BDS双系统定轨增强4种方案进行北斗轨道及钟差比较分析。结果表明,GNOS对北斗卫星轨道增强在全球测站下,GEO卫星切向精度提升最为显著,提升程度达60%,其次是法向和其他类型卫星切向,部分弧段个别GEO卫星径向精度稍有下降。双系统定轨增强中可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.1ns量级改善。7个国内测站区域监测网的定轨试验中对轨道进行了预报,结果表明GNOS对北斗GEO卫星轨道预报精度切向提升达85%,其余方向及卫星有较大改善,平均21.7%。可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.5ns量级改善。     

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。     

监测站时间同步条件下的单星定轨

基于伪距及载波相位观测量的COMPASS-M1卫星精密定轨中轨道误差与钟差分离问题是制约卫星定轨精度提高的主要因素之一。本文首先介绍了基于监测站时间同步条件下精密定轨原理,然后通过对卫星钟差建模,采用动力学方法利用国内五站实测数据对COMPASS-M1卫星进行了轨道确定,并利用轨道重叠弧段法及实测激光数据对定轨精度作了检核。结果表明,基于目前监测站时间同步技术,利用相位平滑伪距定轨能达到10m以内精度。     

一种北斗卫星精密定轨方法

利用BDS/GPS双模观测数据,研究了高精度北斗卫星精密定轨的实现方法,使用PANDA软件,结合"北斗卫星观测实验网"的实测数据,进行了精密定轨实验,结果表明:北斗卫星径向定轨精度能够达到优于10 cm的水平;其中,GEO三维定轨精度能够优于5 m,但沿迹方向存在系统偏差,IGSO/MEO三维定轨精度优于0.5 m。