基于GRACE卫星数据的高精度全球静态重力场模型

应用GRACE卫星数据反演高精度静态地球重力场是大地测量学界的热点之一。考虑到经典动力学法线性化误差随弧长拉长而迅速增长,本文以GRACE卫星轨道观测值为初值的线性化方法,建立了应用GRACE卫星轨道和星间距离变率反演地球重力场的改进动力学法理论模型。利用2003年1月至2010年12月的GRACE卫星姿态、轨道、星间距离变率和非保守力加速度等观测数据,解算了一个180阶次的无约束全球静态重力场模型Tongji-Dyn01s和一个采用Kaula规则约束的全球重力场模型Tongji-Dyn01k。与国际不同机构最新发布的纯GRACE数据解算的重力场模型(包括AIUB-GRACE03S、GGM05S、ITSG-Grace2014k和Tongji-GRACE01)进行比较,并利用DTU13海洋重力异常和GPS/水准高程异常进行外部检核,结果表明,Tongji-Dyn01s与国际最新模型精度处于同一水平,然而Tongji-Dyn01k模型总体上更加靠近EIGEN6C2重力场模型。     

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。     

低轨卫星精密定轨的初轨向量与力模型参数数值积分误差分析

以CHAMP低轨卫星的真实轨道为基础,通过数值积分实例计算研究了卫星轨道数值积分技术对卫星初始状态向量的精度要求,同时分析了卫星受力模型及其模型参数误差对轨道积分的影响,即分析了定轨解算的稳定性问题。计算结果表明,不同的卫星初始状态参数和力模型参数对轨道形状的变动均有较大影响,轨道积分尤其对卫星初始状态参数的敏感性最大。     

北斗三号卫星两种定轨模式精度比较分析

北斗全球卫星导航系统(BDS-3)已经于2018年年底建成基本系统,并计划于2020年建成完整系统,而精确的卫星轨道是实现高性能全球服务的前提。本文基于北斗三号基本系统的18颗中圆轨道(MEO)卫星,评估了北斗三号卫星星间链路的测量噪声与测距精度,利用中国境内12个区域监测站的星地观测和星间链路观测,进行了联合卫星轨道测定试验,并与单纯区域监测站观测定轨结果进行了比较,分析了两种定轨模式重叠弧段轨道误差、轨道预报精度和激光检核精度。结果表明:北斗三号卫星的星间链路测量噪声为2.9cm,测距精度约为4.4cm;仅采用区域测站定轨,重叠弧段三维位置误差RMS为66.7cm,加入星间链路后可降低至15.4cm,提高了76.9%,24h轨道预报位置精度也由114.1cm提升至20.3cm,提升了83.2%,激光检核径向精度为8.4cm左右,明显优于北斗二号卫星轨道精度。     

确定局部海区海平面变化的交叉点平差

卫星雷达测高仪以连续的观测方式对全球海洋进行测量，其轨道升降弧段交叉点构成了交叉点平差的基础。本文根据测高卫星运动的动力学模型，利用交叉点上的测高数据可以看作重复“观测”的特点，通过建立动力学交叉点平差模式，试图更好地消除或削弱轨道误差的影响，提高海面高变化的测定精度。     

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.     

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。     

两种机动力建模方法的适用性分析

分析了脉冲经验力和分段线性经验力两种机动力模型在GEO卫星机动期间定轨和机动后轨道预报中的适用性,同时比较了两种机动力建模方法与短弧动力学方法之间在轨道预报方面的优劣。实验结果表明,在机动定轨中,脉冲经验力模型比分段线性模型更优越。两种机动力建模方法东西机动期间单天弧段轨道拟合精度可优于5m,但线性模型轨道预报精度比脉冲经验力模型和短弧动力学方法差。C波段观测量能够改善机动期间定轨精度。     

IGSO姿态控制模式切换期间定轨策略研究

我国卫星导航系统lGSO卫星采用动态偏航与零偏航两种姿态控制模式,在太阳矢量与轨道面夹角较小时,采用零偏航。卫星姿态控制模式的切换造成了卫星所受光压力的变化。当处理包含动偏/零偏切换点的数据弧段时,由于卫星精密轨道确定策略及光压模型的不适应,无法用一组光压参数拟合两种状态,造成定轨精度下降。本文提出了利用分段线性模型描述太阳光压的定轨策略,可将定轨重叠弧段URE精度提高75%。解算的光压参数能够反映出两种状态的差异,是解决姿态转换期间轨道确定的有效方法。     

网络RTK的轨道误差分析与消除

卫星轨道对于长距离、大范围的GPS定位来说 ,也是一项比较大的误差源。本文为了便于分析卫星轨道误差对网络RTK距离观测值的影响 ,首先定义了一种测站坐标系 ,然后在此坐标系中推导了卫星轨道误差对距离观测值的精确影响公式 ,并分析了轨道误差对单差距离观测值的影响与各变量之间的关系 ,最后以具体数据证明了用网络RTK算法可消除其影响     

Reducing influence of gravity model error in precise orbit determination of low Earth orbit satellites

Based on the orbit integration and orbit fitting method, the influence of the characters of the gravity model, with different precisions, on the movement of low Earth orbit satellites was studied. The way and the effect of absorbing the influence of gravity model error on CHAMP and GRACE satellite orbits, using linear and periodical empirical acceleration models and the so-called “pseudo-stochastic pulses” model, were also analyzed.     

多系统GNSS卫星轨道快速积分方法

快速高效且高精度的轨道数值积分算法是多系统GNSS卫星联合快速精密定轨的重要基础。本文从自适应变换Admas积分步长和多卫星同步积分两方面研究了多系统GNSS卫星轨道快速积分方法。为了验证该方法的精度和效率,利用武汉大学(WHU)与欧洲定轨中心(CODE)发布的事后精密星历进行轨道动力学拟合。试验结果表明:GPS/GLONASS/BDS/Galileo 4个系统卫星平均三维RMS均优于20mm;在不损失传统方法精度的前提下,单颗卫星平均积分与拟合耗时仅需0.09s,较传统逐颗卫星固定步长积分算法提升了14倍,并且随着卫星数的增加,效率提升越明显。     

Reducing Influence of Gravity Model Error in Precise Orbit Determination of Low Earth Orbit Satellites

Based on the orbit integration and orbit fitting method, the influence of the characters of the gravity model, with different precisions, on the movement of low Earth orbit satellites was studied. The way and the effect of absorbing the influence of gravity model error on CHAMP and GRACE satellite orbits, using linear and periodical empirical acceleration models and the so-called "pseudo-stochastic pulses" model, were also analyzed.     

GOCE卫星轨道摄动的数值模拟与分析

采用动力学轨道积分方法模拟了GOCE卫星轨道,利用模拟轨道估计了GOCE卫星主要摄动加速度的量级及贡献,分析了日月引力、固体潮、海潮、大气潮和固体极潮等保守力对GOCE卫星运动和重力梯度观测值的影响。结果表明:①在1.0ⅹ10-9m/s2的非保守力测量精度内,除大气潮可忽略外,其余摄动必须考虑;②考虑GOCE预期定轨精度(3 cm),在弧长小于2.0 h的短弧定轨中,固体极潮和大气潮的影响可忽略,在长弧定轨中,忽略任何一种保守力的轨道预报时间均不足0.5 d;③各种潮汐对重力梯度观测值的影响量级均小于GOCE预期的测量精度(3 mE)。考虑潮汐对重力梯度观测值的影响不具有随机性和避免重力场信号混叠等因素,必须对重力梯度观测值进行潮汐改正。     

一种快速的集中式自主定轨新算法

针对导航星座自主定轨,提出一种提高集中式算法效率的新思路,即充分利用高频、高精度的星间链路测距信息,在短弧内将卫星最优轨道与长期预报轨道的差异用多次曲线描述,得到卫星位置和速度的最佳估值。此方法无需动力学建模和计算状态转移矩阵,因此算法极为简洁。同时,对于自主运行期间缺乏空间基准,提出约束轨道升交点赤经的方法,以减小对地面系统的依赖程度。仿真结果表明,导航星座自主运行60 d,不考虑地球自转参数(EOP)长期预报误差,在无锚固站的情况下,链路数不少于5条时能够达到轨道URE优于1 m,位置3 m,速度毫米级的定轨精度。最后,通过比对验证了新算法比已有EKF分布式自主定轨算法的效率更高。     

Analyses and Solutions of Errors on GPS／GLONASS Positioning

This paper focuses mainly on the major errors and their reduction approaches pertaining to combined GPS/GLONASS positioning.To determine thd difference in the time reference systems,different receiver clock offsets are introduced with respect to GPS and GLONASS system time.A more desirable method for introducing a independent unknown parameter of fifth receiver,which can be canceled out when forming difference measurements,is discussed.The error of orbit integration and the error of transformation parameters are addressed in detail.Results of numerical integration are give.To deal with the influence of ionospheric delay,a method for forming dual-frequency ionospheric free carrier phase measurements is detailed.     

北斗卫星导航系统广播星历精度分析

针对系统地评估我国北斗卫星导航系统广播星历精度与保障实时导航定位服务的需求,对BDS广播星历提供的卫星轨道、钟差以及用户测距误差(URE)的精度性能进行分析,统计了2015年连续4周全部BDS在轨健康卫星的广播星历各项精度指标值。分析结果表明:BDS的MEO和IGSO卫星轨道精度优于GEO卫星结果,且径向精度优于法向和切向精度;BDS搭载的国产星载铷钟卫星钟差序列相对比较稳定,其均方根误差优于4ns;GEO/IGSO卫星的用户距离误差(URE)在6m以内,MEO的URE优于20m。研究结果对北斗系统的建设、后期的发展和用户市场的拓展,都具有重要的参考价值。     

面向精密位置服务的低轨卫星轨道预报精度分析EI北大核心CSCD

LEO卫星精密轨道预报是LEO导航增强系统中重要的技术环节之一,本文使用多种算法来实现不同任务需求下的轨道预报。对于在地面处理系统实现的LEO轨道预报,算法1采用定轨预报同时处理的策略,算法2将离散轨道点进行动力学拟合再进行积分外推。GRACE-C卫星预报5、10、15 min的URE平均精度分别为5.25、5.67、6.25 cm;HY2A卫星为7.83、8.69、9.66 cm;SWARM-A卫星为8.88、9.22、9.63 cm;SWARM-B卫星为8.49、8.98、9.63 cm。对于计算条件受限的LEO星上轨道预报,本文利用单个轨道点及简单动力学模型进行轨道积分外推的算法。该算法主要考虑地球中心引力及非球形引力摄动,因此地球重力场阶次对轨道预报精度产生较大影响。平均高度为500 km的LEO卫星选取60阶重力场,高度为1000 km的LEO卫星选取30阶重力场,可实现预报10 min轨道优于10 cm的预报精度。     

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。