基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法

连续、稳定、高精度的实时卫星轨道产品是北斗国际化、规模化、智能化应用的重要前提.当前,北斗卫星导航系统(BDS)的实时精密轨道产品多基于“批处理解算+轨道预报”的超快速模式获得,存在连续性较差、稳定性较低、精度不高等问题.为此,本文采用平方根信息滤波(SRIF)方法对北斗卫星精密轨道进行实时逐历元解算.实验结果表明：相比于超快速定轨模式,基于实时滤波方法的轨道产品能够有效避免边界跳变,具有更好的连续性和稳定性;同时,实时滤波定轨方法能够显著提高BDS的轨道精度,其中中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)的三维轨道误差分别减小了46%和68%,卫星激光测距(SLR)检核精度也普遍优于预报轨道.     

GNSS卫星精密定轨综述:现状、挑战与机遇

GNSS卫星精密轨道是高精度GNSS应用的基础与前提,GNSS卫星精密定轨技术也一直都是卫星导航领域的研究重点与热点。本文首先介绍了GNSS星座与跟踪数据概况,梳理了精密定轨函数模型、动力学模型及随机模型构建过程中的关键问题,归纳了低轨星载观测和星间链路观测等多源数据增强GNSS精密定轨的研究进展;然后,从应用的角度总结了当前GNSS精密轨道产品的基本状态,并进行了精度评估;最后,讨论了GNSS精密定轨在大网快速解算、多层次观测数据融合、太阳光压模型精化及高精度实时定轨等方面所面临的挑战,并展望了低轨星座、光钟、激光链路等新技术给GNSS精密定轨带来的机遇。     

GPS天线相位中心校正对低轨卫星精密定轨的影响研究

执行各种低轨卫星任务的官方在公布定轨结果的同时并没有公布星载接收机的天线相位中心校正(PCV)信息,而PCV误差是星载GNSS精密定轨必须考虑的主要误差源之一。以GRACE卫星任务为例研究PCV误差对低轨卫星精密定轨的影响,利用GPS观测数据直接估计与相位误差有关的天线相位偏差(PCO)和PCV参数,然后利用K波段测距系统和卫星激光测距仪数据进行定轨评定。     

北斗卫星天线相位中心改正模型精化及对精密定轨和定位影响分析

针对BDS-2和BDS-3卫星联合精密定轨和精密定位中高精度BDS-2 IGSO/MEO卫星天线相位中心改正在轨估计模型的缺失问题,本文采用了改进的PCV和z-offset参数估计方法,精化了BDS-2 IGSO/MEO卫星B1I/B3I无电离层组合PCC模型。数值验证结果表明:相比北斗官方发布的PCO地面标定值,本文精化的PCC模型使得精密轨道SLR残差的STD减小了0.6～2.4 cm,改善百分比为8.6%～33.3%;基于本文精化的BDS-2和已有BDS-3卫星精化的PCC模型使得精密定位浮点解在高程方向显著提升了9.5 mm(37.2%)。     

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。     

北斗卫星天线相位中心改正模型精化及对精密定轨和定位影响分析

针对BDS-2和BDS-3卫星联合精密定轨和精密定位中高精度BDS-2 IGSO/MEO卫星天线相位中心改正在轨估计模型的缺失问题,本文采用了改进的PCV和z-offset参数估计方法,精化了BDS-2 IGSO/MEO卫星B1I/B3I无电离层组合PCC模型。数值验证结果表明：相比北斗官方发布的PCO地面标定值,本文精化的PCC模型使得精密轨道SLR残差的STD减小了0.6~2.4 cm,改善百分比为8.6%~33.3%;基于本文精化的BDS-2和已有BDS-3卫星精化的PCC模型使得精密定位浮点解在高程方向显著提升了9.5 mm（37.2%）。     

基于转发式的北斗卫星导航系统地球静止轨道卫星精密定轨试验

地球静止轨道卫星(GEO)在北斗卫星导航系统(Compass)的卫星导航中具有特别重要的作用,除了利用导航系统自身的伪距相位以外,利用其他的测轨系统对其进行精密定轨有着重要的意义。利用国家授时中心的转发式测轨网对Compass的GEO卫星进行观测,获取转发式测轨数据,利用该数据对Compass的GEO卫星进行精密定轨分析。分别从观测数据的观测精度,定轨残差以及轨道重叠误差等方面分析GEO卫星的定轨精度。     

北斗卫星导航系统精密定轨技术研究现状

北斗系统开通运行以来,无论是系统建设还是精密定轨技术均获得了长足发展。文中简要介绍了北斗系统目前的建设情况,总结梳理了北斗卫星精密定轨技术发展现状。在此基础上,分析论述了北斗系统精密定轨中亟待解决的主要问题。     

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。     

北斗卫星超短弧运动学定轨方法优化与试验分析

针对北斗卫星姿轨控后的轨道快速确定难题,系统地研究了基于多项式拟合和基于星历拟合两种运动学定轨方法,推导建立了相应的运动学定轨模型。同时针对接收机系统差和顽固多径问题,利用基于并置比对的接收机系统差解算方法和CNMC的多径削弱方法,实现了超短弧跟踪条件下接收机数据质量的有效控制。利用北斗GEO/IGSO/MEO卫星的实测伪距数据进行了试验验证,结果表明在10min超短弧跟踪条件下,GEO、IGSO和MEO卫星的运动学定轨位置精度分别为3.27m、8.19m和5.90m,实现了超短弧跟踪条件下的北斗卫星快速定轨,满足了卫星机动期间的北斗RDSS服务对轨道精度的需求,为北斗RDSS服务走向全球提供了技术支撑。     

GPS卫星精密星历的实时确定

建立了一种GPS卫星实时轨道确定的新算法。该算法用法方程叠加方法更新卫星轨道参数,然后根据卫星轨道与卫星轨道参数之间的数值微分关系计算新的卫星轨道,并详细分析了用中国GPS跟踪网数据实时定轨的结果。     

Swarm卫星天线相位中心校正及其对精密定轨的影响

接收机天线相位中心偏差是星载GPS精密定轨必须考虑的误差源,而PCV一般需要多天观测数据进行联合估计,其估计方法及效率显得尤为重要。本文针对传统PCV综合方法计算效率较低、需要存储多天的法方程以及先验信息等问题,提出了一种改进的PCV综合方法。该方法通过递推的方式,既不需要存储多天的法方程及先验信息,又能够及时提供PCV信息,进而提高了PCV值获取的效率,为实现Swarm卫星PCV的快速求解提供了一种新的途径。最后,利用星载GPS数据进行了Swarm卫星精密定轨。试验结果表明:采用改进的PCV综合方法,能够提高PCV综合效率,降低所需存储空间;通过与外部精密轨道比较表明,进行PCV改正后,Swarm卫星的径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其是对法向精度改善最为明显,平均提高约23.3mm;进行PCV改正后,Swarm卫星各个方向的定轨精度均优于2cm。     

具有先验信息的区域增强系统卫星轨道确定方法

针对中国实时精密定位服务系统的建设,提出了一种具有全球先验信息的导航卫星轨道确定方法,其关键点在于先验轨道信息权函数的确定。首先在预报轨道误差特性分析的基础上,给出了采用一阶高斯-马尔科夫模型进行先验信息权函数的建立方法;然后对先验信息和区域观测数据赋予相应权,进行联合定轨。     

DORIS实时定轨中的频偏估计方法研究

针对DORIS测站和卫星USO频率偏差引起的测量数据不准确的问题,提出了一种频偏估计方法,消除了测量数据中的最大误差项。在摄动加速度模型仅考虑40×40阶重力场、固体潮和日月三体引力的条件下,利用该方法处理了SPOT-5卫星10d的测量数据。结果表明,实时轨道的径向精度优于30cm,与SPOT-5卫星的实时轨道精度相当;3D精度优于80cm,达到了SPOT-5卫星的设计精度。     

利用区域基准站进行导航卫星近实时精密定轨研究

利用滞后1 d的全球跟踪站数据和当天实时的区域基准站数据,基于法方程叠加的原理,对GPS卫星轨道进行分析计算,与IGS最终精密星历比较,近实时轨道的三维平均RMS达到14 cm;2 h的近实时预报轨道的三维平均RMS优于30 cm。     

不同测站卫星质心不同改正对卫星激光测距定轨精度的影响分析

质心改正是利用卫星激光测距资料进行精密定轨过程中必须修正的一项系统偏差,数值模拟和理论分析均已显示,由于卫星形状效应,质心改正存在对测站系统运行模式的依赖性,即不同测站对卫星质心的改正是不同的。本文首次分析了这种依赖性对卫星定轨精度的影响。长时间序列的统计结果表明,与全球统一测站卫星质心改正相比,采用不同测站卫星质心不同改正系统性地提高了短弧定轨精度。对Lageos-1/2,平均提高约0.4毫米;对Etalon-1/2,平均提高约0.6毫米。在各种相关应用对卫星激光测距数据处理精度要求迈向毫米级的今天,有必要考虑不同测站卫星质心不同改正。     

GPS卫星实时精密定轨及初步结果分析

提出了导航卫星实时精密定轨的滑动窗口短弧法方程综合方法。通过对全球70个IGS站的观测数据进行仿实时解算的结果表明,与IGS事后精密轨道相比,实时轨道精度达5 cm左右,达到IGS事后快速轨道精度的水平。     

GEO导航卫星定轨观测模型

根据GEO导航卫星的轨道特性,给出了严密的伪距观测和载波相位观测数学模型;讨论了其轨道和星钟差的解算条件,以及多星组差定轨的可行性.结果表明:在利用伪距时,如果测站钟差已知,需要4个以上站的数据才能进行定轨和星钟解算;如果站钟、星钟钟差已知,需要3个以上站的数据才能确定轨道.在利用站间组差伪距时,须有4个以上测站的钟差信息才能进行轨道和星钟解算;利用GEO卫星与MEO(IGSO)卫星组差定轨时,需要GEO卫星钟差已知且有3组星间组差数据.利用GEO卫星载波相位观测资料,不能单独解算轨道.