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。     

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。     

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。     

Swarm卫星星载GPS精密定轨方法及精度分析

Swarm星座是ESA的首个用于测量来自地球核心、地幔、地壳、海洋、电离层等区域磁场信息的对地观测卫星星座。而高精度的轨道信息正是其有效利用卫星载荷完成上述任务的前提条件。目前国内关于Swarm卫星精密定轨的研究较少,为此建立并推导了Swarm卫星精密定轨的动力学模型、观测模型以及它们之间的数学关系,详细给出了Swarm卫星精密定轨模型与实现过程。针对Swarm卫星精密定轨中姿态数据的处理问题提出了相应的解决方案。利用Swarm卫星星载GPS实测数据,采用约化动力学定轨方法进行Swarm卫星精密定轨实验。通过轨道衔接点位置差异、与外部精密轨道比较以及SLR验证等精度评定方法分析表明:基于星载GPS的Swarm卫星约化动力学定轨各方向的精度都优于3 cm。     

资源三号03星星载GPS精密定轨与精度评价

针对资源三号03星精密轨道精度评定的问题,该文对资源三号03星星载GPS观测数据进行质量分析,采用简化动力学方法,实现了资源三号03星精密轨道确定,从重叠弧段分析内符合和激光测距检核外符合两个方面评估了资源三号03星精密轨道精度。结果表明,资源三号03星精密定轨内符合精度达到1 cm,外符合精度达到3 cm。精密轨道总体精度达到厘米级,可为资源三号03星遥感影像和激光测高几何精度提升提供高精度的卫星轨道信息。     

星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究

论文研究了星载GPS低轨卫星定轨技术的基本理论和方法,研制了星载GPS低轨卫星约化动力法定轨软件,针对约化动力法和推广卡尔曼滤波存在的问题,开展了星载GPS低轨卫星自适应事后和实时定轨研究,论文最后对星载GPS编队卫星相对定位技术进行了研究。主要工作及创新点概括如下：     

星载GPS定轨方法的研究进展

重点论述了低轨卫星定轨的主要方法和特点,指出了3种方法的优点和不足,以及相应的数据处理策略,同时着重介绍了低轨卫星定轨的数据预处理方法、相关研究进展和解算精度。     

星载GPS低轨卫星定轨理论研究

GPS为低轨卫星定轨提供了一种全新的精密定轨方法-几何法定轨(Geometric Orbit Determination).     

低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度检核方法

基于星载GNSS的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点,也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。讨论了目前低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度评价方法,并通过对GRACE卫星的实测和仿真数据的处理和分析,讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。     

一种新的综合Kalman滤波及其在星载GPS低轨卫星定轨中的应用

针对将Kalman滤波方法应用到星载GPS定轨时,由于动态噪声和观测噪声确定不准而造成滤波的发散、污染观测值造成Kalman滤波估值的扭曲及计算舍入误差可能带来协方差阵的不正定性等缺陷,提出了一种新的综合Kalman滤波方法。该方法用拟准检定法准确地探测和修正量测方程中存在的粗差;用UD分解算法克服了数值的不稳定性,改进了计算精度;用Sage自适应滤波器克服滤波器的发散。算例结果表明,这种综合卡尔曼滤波方法具有数值稳定性好、较强的自适应性和较好地削弱粗差影响等优点。     

星载GPS GEO卫星定轨的太阳光压宏观模型

提出了基于太阳光压宏观模型的星载GPS定轨方法,用于在星上确定地球静止卫星轨道.融合卫星运动学信息和星载GPS观测,采用积分滤波法得到连续的轨道解;针对星上太阳光压难以建模的问题,利用宏观模型方法计算GEO卫星所受的光压力.给出了作用在平面板、球形和圆柱形上的光压计算公式,并以“风云四号”卫星为例,建立了相应的宏观模型...     

BDS/GPS联合定轨的贡献分析

北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）目前暂未具有全球导航定位能力,卫星轨道的全程跟踪与测站的几何结构还不完善,影响了卫星轨道的测定精度。针对上述问题,根据动力学定轨的原理与方法,推导了多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）联合定轨对参数求解精度的解析贡献量,并利用实测数据分析了BDS/GPS联合定轨对轨道和钟差求解精度的统计贡献量。结果表明,联合定轨对系统间公共参数求解精度的贡献显著,除地球静止轨道（geostationary orbit,GEO）卫星外,其余轨道和钟差求解精度均有显著提高。BDS/GPS联合定轨对BDS卫星轨道、卫星钟差均方根误差（root mean square,RMS）以及接收机钟差RMS的统计贡献量分别为36.21%、26.88%和20.88%,其中对可视卫星数较少的区域接收机钟差求解精度的贡献尤为显著,贡献量为45.95%。     

一种适用于星载GPS自主定轨的地球引力近似计算改进方法

提出了一种适用于星载GPS自主定轨的改进的地球引力近似函数方法（improved gravity acceleration approximation function,IGAAF）。对IGAAF方法的性能进行评估,结果表明:IGAAF方法的计算耗时小于45×45阶球谐模型;拟合系数容量仅为200~320 kB;引力加速度的截断误差（3D RMS）处于1×102~1×103 nm/s2量级,小于每颗低轨卫星自主定轨所需的最优阶次球谐模型（GOCE:105×105,CHAMP:85×85,GRACE-A:65×65,ZY3/TerraSAR-X:55×55）;将IGAAF方法应用于星载GPS自主定轨试验,相比于球谐模型,不会降低自主定轨精度。IGAAF方法在保证定轨精度的同时兼顾计算效率与系数容量的平衡,在星载GPS自主定轨的工程化应用中具有较强的实用价值。     

星载GPS伪距多路径误差与观测噪声对自主定轨的影响分析

对搭载美国BlackJack接收机的CHAMP/GRACE-A/Jason-2卫星和搭载国产接收机的HY2A/ZY3/TH1卫星的星载GPS数据的伪距多路径误差与观测噪声进行了研究,重点分析了国产接收机伪距多路径误差的变化特性,并研究了多路径误差与观测噪声对星载GPS自主定轨的影响。结果表明:国产接收机的C/A码与P1码伪距观测精度要整体差于美国的BlackJack接收机,而P2码伪距观测精度要整体优于BlackJack接收机;国产接收机P1码伪距受多路径效应影响较大,其多路径误差随高度角减小存在单调递增的变化趋势,其中HY2A、ZY3与TH1卫星的多路径误差最大分别可达3.6 m、1.8 m与0.7 m;这种单调递增变化的多路径误差会导致星载GPS自主定轨位置结果在径向与切向产生系统性偏差。     

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。     

用SLR资料精密确定GPS35卫星轨道

GPS35卫星是全球定位系统卫星星座中的一颗卫星，它的对地一侧安装了激光后向反射器，可实施激光测距观测。用全球SLR资料精密确定了GPS35卫星1995年10月22日——26日和1999年8月1日——6日共2个5天的轨道，求得观测值与计算值的RMS小于3cm。     

GNSS实时精密轨道快速计算方法及服务

多系统全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）精密轨道确定及其预报是实现高精度实时精密定位的前提。针对多GNSS系统超快速轨道解算时效性及轨道预报精度随时间下降的问题,提出一种基于分块递推最小二乘配置方法,该方法通过对动力学和几何学待估参数松弛、连接以及轨道状态参数转移递推,能够同时兼容事后及实时滤波定轨方法。该方法能够有效地提高多GNSS系统轨道解算效率,缩短实时轨道更新时间。基于全球实测数据验证了该方法的可靠性和有效性,轨道精度优于国际GNSS服务组织发布的GPS超快速轨道及德国地学研究中心发布的超快速轨道,实验结果表明,采用该方法,GPS/GLONASS/Galileo/BDS四系统120个地面测站精密定轨可以实现1 h更新,延迟30 min发布,统计GPS/GLONASS/Galileo/BDS实时轨道可用部分3D均方根分别为2.8 cm、8.5 cm、5.0 cm及11.5 cm（IGSO/MEO）。目前,1 h更新多GNSS系统轨道及实时产品服务系统已业务化发布,较之前发布的3 h更新及6 h更新轨道分别有20%~40%的精度提升。     

星载GPS地球静止轨道卫星自主定轨的新算法

针对地球静止轨道卫星的特点，提出了一种自主定轨的新算法——积分滤波算法，即利用Kalman滤波进行动力学模型数值积分与GPS定轨的有效融合。讨论了该算法的基本过程及其中Kalman滤波的数学模型和重要参数。最后给出了仿真实验过程和结果，证明了该算法的可行性。