用单频GPS数据实现低轨卫星动力学法定轨研究

采用星载GPS双频观测数据,低轨卫星定轨的精度可以达到厘米级。采用GRACE A卫星的星载GPS观测数据,分别基于单频数据(C/A和L1)的半合组合观测量和双频数据的消电离层组合观测量,采用动力学低轨卫星定轨方法,解算了7d的GRACE A卫星轨道,解算结果与德国地学中心发布的快速科学轨道进行对比分析,并通过卫星激光测距观测数据进行检核。结果表明,通过半合组合观测量定轨得到的结果,在径向R、切向T、法向N方向的均方根误差平均值分别为7.9cm、20.1cm和5.5cm,三维定轨精度平均为22.8cm,利用卫星激光测距数据进行检核,残差平均值为-1.8cm,均方根误差为8.6cm。证明了采用单频观测数据进行定轨的可行性,并且定轨精度可以达到一般低轨卫星定轨精度的要求。     

基于星载GPS数据的GRACE卫星动力学法定轨

利用GRACEA卫星的星载GPS观测数据,采用非差动力学低轨卫星定轨方法,解算了2012年1月11日至18日的卫星轨道,将得到的结果与GFZ发布的RSO轨道进行对比分析,并通过SLR观测数据进行轨道的校验。结果表明：定轨精度满足低轨卫星精密定轨的要求,与RSO轨道比较,在X、Y、Z方向的均方根误差的平均值分别为4．7cm、4．3cm和4．9cm;通过SLR观测数据进行校验,残差平均值为-1．6cm,均方根误差为4．7cm．     

LEO星载GPS双向滤波定轨研究

介绍了目前常用的LEO(low Earth orbiter)星载GPS定轨方法,分析了LEO星载GPS双向滤波定轨方法与其他几种主要定轨方法的区别.从卫星运动方程和星载GPS非差定轨观测方程出发,给出了LEO星载GPS双向滤波定轨方法的原理,采用自行研制的定轨软件对两颗GRACE(gravity recovery and climate ex-periment)卫星进行了定轨试验,通过与JPL(Jet Propulsion Laboratory)轨道的对比及KBR(k-band rangingsystem)观测数据的外部检核发现:①双向滤波定轨技术不仅能显著提高单向滤波开始阶段的定轨精度,而且可以从整体上提高卫星的定轨精度;②LEO星载GPS双向滤波定轨方法切实可行,相应的星载GPS定轨软件对GRACE卫星定轨精度在径向、沿轨方向和法向优于5 cm.     

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。     

将GPS广播星历算法作为低轨卫星动力学模型的综合定轨方法

根据GPS广播星历算法的预报特性和自适应抗差滤波原理,提出了一种将GPS广播星历算法作为低轨卫星动力学模型的自适应抗差滤波综合定轨方法。计算结果表明,所提出的自适应抗差滤波综合定轨方法不仅充分利用了几何观测信息,而且通过自适应因子合理地控制了不可靠的广播星历预报信息对滤波解的贡献,有效地保证了定轨的精度和可靠性。     

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。     

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。     

导航卫星的单星定轨

本文对导航卫星的单星定轨进行了初步探讨，针对单星定轨时卫星钟钟差和接收机钟钟差难以处理的特点，提出了定轨的同时解算测站距离偏差和采用平均距离变化率进行定轨两种方案，采用GPS的实测数据试验计算表明，两种计算方案均能初步完成单星定轨任务。     

GPS数据采样率对定轨误差的影响

通过对星载GPS接收机测量数据的仿真，生成了5组不同采样率的GPS接收机测量模拟数据。采用了相应的力学模型和测量模型，对GPS模拟数据进行精密定轨处理后，在不同GPS采样率情况下，得到了飞行器的GPS定轨误差结果。     

无准确初轨信息时星载GPS低轨卫星定轨方法研究

本文提出了适用于星载GPS低轨卫星定轨的一种精密自主定轨方法。该方法利用星载GPS观测资料直接解算GPS方程求得卫星初轨,避免了早期使用短弧资料定初轨时法方程的病态性的影响,为精密定轨提供了较准确的近似值,并以此展开观测方程进行精密定轨,保证了迭代过程的收敛,减少了迭代次数,节约了时间,适用于低轨卫星的自主定轨和实时定轨。     

In-flight performance analysis of the CHAMP BlackJack GPS Receiver

JPL's BlackJack receiver currently represents the most widely used geodetic grade GPS receiver for space applications. Using data from the CHAMP science mission, the in-flight performance of the BlackJack receiver has been assessed and the impact of various software updates performed during the 2.5 years since launch is described. Key aspects of the study comprise the channel allocation, anomalous data points, and the noise level of the code and carrier data. In addition, it has been demonstrated that the code measurements collected onboard the CHAMP satellite are notably affected by multipath errors in the aft-looking hemisphere, which can be attributed to cross-talk between the occultation antenna string and the primary precise orbit determination antenna. For carrier smoothed 10 s normal points, the code noise itself varies between a minimum of 5 cm at high elevations and 0.5 m (C/A) to 1.0 m (P₁, P₂) at 10° elevation. Carrier-phase data exhibit representative errors of 0.2 to 2.5 mm. The results of the CHAMP GPS data analysis contribute to a better understanding and possible improvement of the BlackJack receiver and support the design of optimal data editing and weighting strategies in precise orbit determination applications.     

High Precision Orbit Determination of CHAMP Satellite

IntroductionCHAMP satellite was launched on July 15 ,2000 to study the earth gravity field, magneticfield, and at mosphere/ionosphere . CHAMPmission is managed by GeoForshungsZentrum(GFZ) Potsdam withinternational partners .In-cluding accelerometer ,star …     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演，研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法。分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道，并与业已公布的卫星轨道数据进行比较，结果表明，CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大，考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高。     

基于星载GPS的CHAMP卫星精密简动力定轨

定轨是地球探测卫星任务顺利执行的关键。星载GPS技术提供了大量、连续的高低卫星跟踪观测,为低轨卫星精密定轨提供了技术支撑。为了确定CHAMP卫星的轨道,并分析定轨精度,利用CHAMP卫星星载GPS数据,运用零差简动力法进行精密定轨,给出了精密定轨流程。利用实际数据进行了精密定轨实验,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的CHAMP卫星快速轨道（RSO）进行了对比,结果显示：求解轨道可以达到厘米量级。     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件（PANDA软件）的基础上，解算了2002年年积日126～131d CHAMP卫星的精密轨道，并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示，本文的轨道精度在径向为4～5cm，切向和法向为6～8cm。     

附加Helmert变换参数的低轨卫星约化动力学精密定轨

在运动学精密定轨以及动力学轨道积分的基础上,提出基于Helmert变换的约化动力学精密定轨模型.该模型对动力积分轨道以及运动学轨道建立Helmert变换,进而修正轨道积分中的卫星初始轨道以及各种动力学参数.应用该模型,文章采用的约化动力学精密定轨包含两个部分:运动学精密定轨以及基于Helmert变换的动力学轨道平滑.对CHAMP、GRACE两个星期的观测数据进行计算,结果显示:在引入Helmert变换平移参数的参数设置下,相对于运动学轨道,约化动力学轨道的精度平均提高了约30%;对于CHAMP卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.14,0.14,0.16) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m;对于GRACE-A卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.17,0.15,0.13) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m.文中还详细讨论和分析了模型中不同参数设置下轨道精度的情况.     

地球重力场模型对低轨卫星轨道积分的影响

介绍3种不同的地球重力场模型及其(约化)动力学定轨中所涉及的动力学模型,并基于Collocation轨道积分方法对CHAMP卫星进行数值积分,然后将轨道积分结果与JPL快速精密星历相比较。实验结果表明,由CHAMP卫星SST数据反演生成的EIGEN-2模型引力位系数具有较高的精度,能够满足低轨卫星精密定轨的需要。     

Calibration for CHAMP Accelerometer Data Based on Crossover Points of the Satellite

The German CHAlleging Minisatellite Payload （CHAMP） was launched in July 2000. It is the first satellite that provides us with position and accelerometer measurements, with which the gravity field model can be determined. One of the most popular methods for geopotential recovery using the position and accelerometer measurements of CHAMP is the energy conservation method, The main aim of this paper is to determine the scale and bias parameters of CHAMP accelerometer data using the energy conservation method. The basic principle and mathematical model using the crossover points of CHAMP orbit to calibrate the accelerometer data are given based on the energy balance method. The rigorous integral formula as well as its discrete form of the observational equation is presented, This method can be used to estimate only one of the scale and bias parameters or both of them. In order to control the influence of outliers, the robust estimator for the calibration parameters is given. The results of the numerical computations and comparisons using the CHAMP accelerometer data show the validity of the method.     

利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度计数据

基于能量守恒方程给出了利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和方法 ,并给出了其严密的积分公式及其离散化形式。为了控制加速度数据的扰动异常 ,建议采用抗差估计求解参数值 ,并基于实测的CHAMP卫星加速度计数据进行了计算与比较 ,验证了该方法的有效性     

CHAMP卫星的纯几何定轨及动力平滑中的动力模型补偿研究

探讨了利用CHAMP卫星星载GPS数据实现纯几何PPP定轨的方法 ,对该几何轨道的动力平滑过程进行了分析 ,提出了增加非参数项吸收动力模型误差的半参数动力平滑方法。