北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。     

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0.1~0.5 ns。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10 cm以内。     

GPS卫星钟差及观测数据采样间隔对LEO卫星定轨精度影响

针对GPS卫星钟差及观测数据间隔对LEO卫星运动学和约化动力学定轨的影响问题进行了分析,并使用CODE（the Center for Orbit Determination in Europe）30 s、5 s间隔GPS卫星钟差分别进行了30 s和10 s间隔观测数据的LEO卫星定轨实验。结果表明,使用5 s间隔卫星钟差（10 s间隔观测数据）相比30 s间隔卫星钟差（30 s间隔观测数据）进行GRACE卫星精密定轨,约化动力学定轨精度提高了16%,运动学定轨精度提高了8.8%;使用30 s间隔卫星钟差和10 s间隔观测数据的定轨精度最低;对于30 s间隔观测数据,使用30 s或5 s间隔卫星钟差的定轨精度基本一致。     

GPS精密卫星钟差估计与分析

探讨了GPS精密卫星钟差的估计方法,并分析了伪距与相位观测值对估计精度的影响。基于PAN-DA软件,采用全球均匀分布的40个IGS跟踪站的实测数据,对GPS精密钟差进行估计与分析。试验结果表明,目前采用PANDA软件估计的GPS精密卫星钟差与IGS事后精密卫星钟差比较,互差优于0.2 ns,与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当。     

IGS精密卫星钟差插值算法的精度比较与分析

采用IGS提供的30 s、5 min和15 min间隔的精密卫星钟差产品,比较、分析了线性插值、拉格朗日插值、三次样条插值和两点三次埃尔米特插值等精密卫星钟差插值算法的精度。结果表明,线性插值精度最高,其余算法精度相当。拉格朗日插值存在奇偶性质,奇数阶插值比相邻偶数阶精度高,插值精度随阶数的增加有降低的趋势。钟差插值精度与卫星本身的钟差抖动程度有关,钟差抖动越大,精度越低。使用间隔较小的钟差产品插值精度更高。     

GPS精密卫星钟差估计研究

随着精密单点定位技术的发展,对于精确的卫星坐标以及卫星钟差改正精度的要求越来越高,精密卫星星历以及精密卫星钟差的求解成为制约精密单点定位技术发展的瓶颈。本文基于修复周跳的载波相位观测值与相位平滑伪距观测值,采用无电离层延迟星间单差精密卫星钟差估计模型,在先估计出整周模糊度后,进行了精密卫星钟差的估计,并采用与IGS事后精密钟差作二次差的方法进行精度分析,这对于提高精密单点定位精度具有一定的意义。     

卫星轨道与钟差对精密单点定位精度的影响

为了分析不同卫星轨道与钟差产品对精密单点定位精度的影响,选取不同的卫星轨道与钟差产品组合分别进行不同时长的静态精密单点定位试验。结果表明,快速轨道和钟差与最终轨道和钟差的定位精度是一致的,1小时定位精度在2cm左右,6小时定位精度提高了3倍以上,达到了mm级,定位精度随观测时间的增长而提高。超快轨道实测部分与最终轨道的定位精度十分接近,1小时定位精度在3cm左右,6小时定位精度可达mm级。超快轨道外推部分与最终轨道的定位精度差异明显,1小时定位精度在3cm左右,2小时后定位精度均在1cm左右。     

一种载波相位残差的精密卫星钟差插值方法

该文针对传统的精密卫星钟差插值方法没有考虑精密单点定位技术解算数据特点的不足,提出了一种基于载波相位观测值残差的精密卫星钟差插值方法。在精密单点定位中,卫星钟误差将部分体现在载波相位观测值残差中,基于此,考虑将载波相位残差的变化趋势引入到插值的过程中,达到提高插值精度的目的。利用IGS分析中心提供的精密卫星钟差数据进行分析,结果表明:新方法的插值精度为0.2ns~0.7ns;和线性插值、样条插值、Hermite插值、多项式拟合和Lagrange插值等5种传统的插值方法相比,新方法的插值结果在最大误差、平均误差、均方根误差方面均有显著改善,其中均方根误差相比5种传统方法的平均改善率最大达到了37%。     

多模GNSS精密卫星钟差估计与分析

对基于历元间差分相位和非差伪距观测值的混合差分卫星钟差估计方法进行了改进,实现了多模全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）卫星钟差联合快速估计。选择了全球分布的50个跟踪站进行实验,对卫星钟差精度进行了分析和精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）验证。结果表明:多模卫星钟差与武汉大学提供的最终精密卫星钟差互差优于0.2 ns,精密单点定位结果与武汉大学发布的最终精密卫星轨道和钟差产品的定位精度相当。     

基于频谱分析的IGS精密星历卫星钟差精度分析研究

采用频谱分析法,对IGS精密星历中各卫星的钟差精度进行了分析,发现不同的卫星钟钟差存在精度差异;通过与卫星钟差的标称精度相比较,发现部分IGS精密星历钟差还存在量级偏差。     

模糊度固定的北斗卫星多系统融合精密轨道确定

利用全球分布的IGS和MGEX站多模观测数据,研究了北斗卫星多系统融合双差动力学精密定轨方法,提出了适应北斗系统的双差模糊度固定策略。结合实测数据,对比了单系统与多系统融合、模糊度固定解与浮点解的定轨效果。结果表明：相比单系统定轨,多系统融合定轨能有效改进IGSO和MEO卫星轨道精度,但对于GEO卫星,多系统融合定轨并无优势;利用改进的模糊度固定策略对IGSO和MEO卫星双差模糊度进行固定,有效提高了长基线模糊度固定率,整体固定成功率由40%提高到60%以上;模糊度固定对定轨精度改进作用明显,IGSO和MEO卫星三维定轨精度分别提高了48%和36%,达到0.048 m和0.066 m。     

导航卫星精密轨道与钟差确定方法研究及精度分析

介绍导航卫星精密轨道与钟差确定的相关方法,重点研究了联合双差与非差GNSS数据处理技术实现精密定轨与钟差估计的原理与实现方法,基于GPS实测数据进行了定轨与钟差确定精度分析,结果表明：利用全球均匀分布的30余个测站一天的观测数据,R、T、N方向定轨精度可以达到0.031 m、0.074 m、0.077 m,卫星钟差确定精度可以达到0.22 ns。     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system,GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system,GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system,Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system,QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明：5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播...     

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。     

重力卫星的星载GPS精密定轨

利用CHAMP和GRACE卫星的实测数据,研究了重力卫星的精密定轨问题,并针对几何法精密定轨方法给出了一种有效的星载数据编辑策略;在PANDA软件的基础上,处理了101 d的实测数据;通过与不同机构卫星轨道的比较、激光测距观测值检验以及重力场模型恢复等外部检核的方式,分析了卫星轨道的精度。结果显示,本文的简化动力学轨道的精度为2~3 cm;几何学轨道的定轨精度为3~4 cm,适用于重力场模型的解算。     

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征,并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道,利用轨道积分和轨道拟合的方法,研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以及虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。     

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。     

精密单点定位中卫星钟差影响分析

分别采用IGS提供的5 min和30 s采样间隔的精密卫星钟差进行静态和动态精密单点定位实验,分析比较了采用不同钟差处理的精密单点定位结果,以及不同种类钟差对初始化收敛时间、定位精度的影响。实验结果表明,采用30 s精密卫星钟差的静态、动态精密单点定位结果精度均优于采用5 min精密卫星钟差内插成30 s钟差的静态、动态精密单点定位结果。     

VLBI在GEO卫星精密定轨中的应用

影响GEO轨道确定精度的原因主要有两方面:一是高轨卫星的几何跟踪条件受到局部测轨网的限制;二是卫星相对于地面的动力学约束信息较弱.利用一个针对GEO卫星的简化动力法定轨的协方差分析模型,研究了联合测距跟踪网和甚长基线干涉测量(VLBI)对定轨精度的改善情况.指出测距系统的校正误差是常规测距跟踪网定轨精度的主要误差源;当附加一条东西向VLBI基线时,仅利用不定期的少量VLBI高精度数据就能够显著改善测距偏差对轨道的影响,从而保证了卫星的整体位置解算精度.