基于GPS广播星历的卫星位置拟合精度分析

在通过广播星历求解卫星坐标时,利用切比雪夫多项式拟合卫星位置提高计算的效率.介绍切比雪夫多项式拟合的原理,通过算例分析用切比雪夫多项式拟合卫星位置的精度,并研究多项式阶数以及拟合点时间间隔对拟合精度的影响.结果表明,在一定范围内,多项式的阶数越高,拟合精度越高,拟合点时间间隔越短,拟合精度越高.     

GPS卫星坐标的计算

GPS卫星的坐标计算是利用GPS进行定位的关键环节,在利用GPS进行导航和测量时,需要多次计算卫星的坐标,因此快速准确地计算出卫星任意时刻的坐标,对于提高GPS定位精度和速度具有重要的意义。通过实例分析了利用广播星历的轨道参数、拉格朗日多项式插值和切比雪夫多项式拟合这三种方法计算卫星任意时刻的坐标,并进行了精度比较。     

用切比雪夫多项式标准化GPS卫星轨道

根据精密星历提供的等时间间隔点上的卫星坐标,采用切比雪夫多项式拟合的方法,选用达到精度要求的最佳拟合多项式阶数,对GPS卫星轨道进行标准化,从中得出:选用不同的多项式阶数直接影响到拟合的精度。     

用切比雪夫多项式标准化GPS卫星轨道

根据精密星历提供的等时间间隔点上的卫星坐标,采用切比雪夫多项式拟合的方法,选用达到精度要求的最佳拟合多项式阶数,对GPS卫星轨道进行标准化,从中得出：选用不同的多项式阶数直接影响到拟合的精度。     

GPS卫星广播星历轨道误差突变性分析

针对GPS卫星播发的广播星历存在误差突变的问题进行了有关研究。利用切比雪夫多项式,分别以不同的拟合时段计算卫星轨道坐标,然后分别与对应历元的IGS精密星历所提供的GPS卫星的坐标进行比较,发现了某些GPS卫星广播星历轨道误差变化的规律。这对如何削弱广播星历的轨道误差,提高导航与定位精度是十分有益的。     

卫星坐标的内插和拟合

卫星坐标的计算是GPS数据处理的一个基本步骤，影响着GPS数据处理的效率。本文对GPS数据处理中常用的拉格朗日内插和切比雪夫多项式拟合从原理上进行了阐述，并对广播星历卫星坐标计算和精密星历卫星坐标计算进行了分析比较，结合具体算例，得出了几点有意义的结论。     

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。     

GPS卫星精密星历的轨道插值

IGS只提供采样率为15 min的精密星历,而在卫星精密导航、定位等计算中需要更高采样率的轨道位置,因此需要通过轨道插值的方法对精密星历进行加密。以1 d间隔30 s的插值数据为基础,分别使用常规算法和滑动算法对轨道插值常用的拉格朗日插值和切比雪夫插值进行分析,可为卫星轨道插值计算时选取插值方法、阶次提供理论依据。结果表明,利用常规算法计算,两种插值的最佳精度均能达到mm级;利用滑动算法计算,两种插值的最佳精度均能达到亚mm级;相同条件下滑动算法的精度优于常规算法,滑动算法的计算结果比常规算法更稳定,且对龙格现象有抵抗力。     

低轨卫星星载GPS数据伪距粗差及相位周跳探测与分析

研究了星载GPS观测数据中伪距粗差与相位周跳的探测方法,重点阐述了粗差与周跳探测有效性检验的方法。采用自主编制的软件对国内外9颗低轨卫星(包括我国的HY2-A与ZY3-A卫星)的星载GPS观测数据的粗差与周跳进行了处理与分析。     

切比雪夫多项式在精密星历拟合中的应用

在GPS高精度定位中,通常采用精密星历来获取观测卫星的位置。而当前一些国际组织发布的精密星历的采样率有限,因此,在GPS数据后处理中,用户需要采用一定的方法才能获得任意时刻卫星的位置。采用切比雪夫正交多项式来拟合卫星的轨道,其精度完全符合要求。     

GPS广播星历参数拟合算法及其分析

利用地面观测资料定轨确定的卫星位置、进而计算出的卫星广播星历参数是进行卫星定位的基础.为了分析卫星星历拟合的精度和效率,推导了由卫星位置拟合GPS卫星广播星历参数的数学模型.并用算例分析了影响拟合效率的因素,分析了卫星位置有误差是对于卫星星历参数的影响.结果验证了所给出的算法的可行性和有效性.     

GPS广播星历参数拟合算法及其分析

利用地面观测资料定轨确定的卫星位置、进而计算出的卫星广播星历参数是进行卫星定位的基础。为了分析卫星星历拟合的精度和效率,推导了由卫星位置拟合GPS卫星广播星历参数的数学模型。并用算例分析了影响拟合效率的因素,分析了卫星位置有误差是对于卫星星历参数的影响。结果验证了所给出的算法的可行性和有效性。     

广播星历和精密星历解算GPS基线成果的比较分析

本文对长度不同的基线分别使用广播星历和精密星历进行解算,分析了两种星历对基线解算结果的影响.通过对解算结果的比较得到使用广播星历的最佳基线长度范围,结果表明,对于长度小于100km的短基线而言,广播星历能够达到与精密星历同样的效果.     

GPS卫星精密星历内插方法比较分析

借助GPS卫星精密星历,使用Lagrange多项式插值法和Chebyshev多项式拟合法内插出GPS卫星的瞬时位置,确定了插值精度与插值阶数的关系,并对这两种方法的优缺点进行了对比分析。计算结果表明:内插卫星瞬时坐标时所选取的插值阶数不应过高或过低,三维坐标分量在最佳插值精度时选取的插值阶数并不完全相同,Chebyshev多项式拟合法相比Lagrange多项式插值法的插值效果更好。因此,建议在优先选用Chebyshev多项式拟合法内插卫星瞬时坐标的同时,对三维坐标分量分别选取不同的插值阶数,以达到最优的插值精度。     

Ephemeris errors of GPS satellites

Ephemeris errors are supposed to be a major factor limiting the usefulness ofGPS in high precision geodesy. Considerations of orbital mechanics suggest that, regardless of their complexity, the uncertainties in the solar radiation pressure model, the gravity field model, and the estimated initial state, may have simple effects on the ephemeris. This possibility has been tested by fitting linear combinations of simple functions—chosen on theoretical grounds—to simulated errors of three-day ephemerides. With a set of five functions for the across-track component, six for the radial, and seven for the along-track, it has been possible to fit the position errors to better than 1% of theirr.m.s values, in all the caces studied. The simulations included —besides solar radiation pressure errors—gravity field model and initial state uncertainties, as well as an unknown constant force along the axis of the solar panels. The solar radiation force was calculated taking into account the shape, orientation, and physical properties (reflectivity and specularity) of the main parts of the spacecraft, under various conditions of illumination (continuous sunlight, eclipses, etc.).     

GPS系列卫星广播星历轨道和钟的精度分析

指出了在对GPS广播星历精度进行比较分析之前必须处理好的一些关键问题;统计了短期内(连续两周)所有GPS卫星的广播星历轨道误差及钟误差,并着重从卫星自身角度对其精度加以分析。分析结果表明,当前广播星历的轨道精度已经达到2 m,钟差精度达到10 ns左右;不同类型卫星的精度状况有所差异,主要体现在其稳定性方面,Block IIR卫星优于Block IIA卫星,铷钟卫星短期稳定性优于铯钟卫星。     

附带星历参数的星载合成孔径雷达影像自动配准算法

Fourier-Mellin不变性对称相位匹配滤波器,即symmetric phase-only matched flitering of fourier-mellin invariant(SPOMF-FMI)能解决影像配准的平移、旋转和放缩几何变换问题;然而,该方法在实际应用中具有局限性,包括图像几何尺度和图像非线性几何畸变处理能力.为了克服上述缺陷,提出了一种附带星载参数的星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像自动配准算法.该方法采用由粗到精匹配策略,由距离-多普勒影像粗匹配和改进SPOMF-FMI影像精匹配组成.使用Radarsat-1和ENVISAT ASAR影像做实验,结果表明本方法在处理重复轨道或相同升、降轨星载SAR影像(即确保相似影像纹理测度)配准问题时,能达到子像素级的配准精度.     

GPS精密星历插值法与拟合法的精度分析

介绍了拉格朗日多项式插值和切比雪夫多项式拟合的原理,阐述了插值和拟合的滑动式算法。通过算例分析了插值法和拟合法的精度,研究了多项式阶数以及节点数对精度的影响。结果表明：在一定范围内,多项式的阶数越高,插值和拟合的精度越高。当切比雪夫多项式拟合节点数选为拟舍阶数加上1时,拟合精度最高,其结果与拉格朗日插值结果有很高的一致性。     

广播星历和精密星历对解算某港区GPS控制网成果影响分析

比较了广播星历和精密星历的差异,利用两种星历对某港区GPS控制网外业观测数据进行处理,分析了广播星历和精密星历对GPS网基线解算和网平差的影响。结果表明,常规短基线GPS控制网,完全可以用广播星历代替精密星历进行后处理解算,获取高精度的后处理结果。