滑动式切比雪夫多项式拟合法在BDS精密 星历内插中的应用

对精密星历进行内插是卫星定位数据高精度处理中的一项基础工作。利用滑动式切比雪夫多项式拟合法及不同的拟合节点数和拟合阶数,分析精密星历中MEO,IGSO,GEO不同轨道的北斗卫星插值精度。实验表明,三类北斗卫星达到较高插值精度的拟合节点数和阶数不同,设置适当的拟合节点数和阶数,达到亚毫米级的内插精度。该算法完全适用于对BDS精密星历的插值。     

滑动式广义延拓逼近法在北斗卫星精密星历内插中的应用

介绍了滑动式广义延拓逼近法的原理,然后利用这一算法,分别探讨了不同单元域节点数、逼近函数项数、延拓域节点数组合与三类不同北斗卫星插值精度的关系.实际算例表明,三类北斗卫星达到最佳插值精度的三参数取值不同;只要选取合适的三个参数,三类不同北斗卫星的插值精度都可以达到很高的精度.该方法完全适用于北斗卫星精密星历的插值.      

基于滑动式傅里叶级数的BDS精密星历内插分析

精密星历的内插是全球卫星导航系统（GNSS）高精度定位数据处理的重要工作之一,其内插的精度也直接影响着定位精度.本文综合滑动式插值理论与傅里叶级数算法,通过采用不同阶数的傅里叶级数和9阶切比雪夫多项式拟合内插北斗卫星导航系统（BDS）中的地球同步轨道（GEO）卫星、倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星、中圆轨道（MEO）卫星精密星历,来分析傅里叶级数插值在BDS精密星历内插中的插值效果.实验表明,不同阶数,傅里叶级数内插效果不同.其中,采用3阶傅里叶级数GEO卫星与IGSO卫星精密星历内插精度最高,达到毫米级精度,MEO卫星在采用4阶傅里叶级数时内插精度最高,达到厘米级精度.对比两种不同内插算法,9阶切比雪夫拟合更适用于GEO卫星与IGSO卫星,而MEO卫星使用傅里叶级数插值精度更高.      

基于移动区间的GPS精密星历内插方法

针对采用多项式对GPS精密星历进行插值随着阶数增加插值,精度出现衰减或不稳定的问题,提出了基于移动区间的GPS精密星历内插方法来解决这一问题。采用不同分析中心提供的精密星历进行插值计算,比较不同数据产品的质量,选用数据质量比较好的精密星历进行插值计算,比较三种多项式插值的插值精度。实验结果表明：IGS所提供的精密星历数据质量比较好;采用基于移动区间的多项式插值方法,插值精度可达到亚厘米级。     

滑动式与非滑动式GPS精密星历

本文在GPS卫星5 min精密星历的基础上,使用滑动式和非滑动式的Lagrange多项式插值法、Chebyshev多项式拟合法内插卫星的瞬时坐标,确定了内插精度与插值阶数的关系,并对各种方法的优缺点进行了比较分析。结果表明,滑动式内插算法能够抑制插值区间端点附近的振荡与跳跃异常,使用较低的插值阶数就可以达到最优的内插精度,在内插精度与稳定性方面都较非滑动式内插算法有所提高。      

基于拉格朗日多项式的精密星历坐标插值

为获得任意时刻的卫星坐标位置,采用拉格朗日插值模型对精密星历坐标内插实验验证,并探讨插值模型的适用范围。实验表明,拉格朗日多项式的插值阶数高于10阶时可以获得毫米级的精度,插值阶数高于13阶时精度趋于稳定。利用此方法能满足实际测量工作的要求。     

利用IGS当天数据进行精密星历插值的方法

考虑到对精密星历插值的重要意义,采用Langrange插值和Chebyshev插值对IGS提供的1d的精密星历进行插值,并对插值精度做了对比分析。结果表明,2种插值方法中间时段插值精度较高,但边缘时段的插值精度差;而且由于IGS提供的精密星历是每隔15 min或5 min的卫星坐标,不可避免的对某些时段进行了外推,这样一来外推时段处的精度就不能保证。针对这些问题,提出了对不同时段采用不同的阶次、不同的间隔进行卫星轨道插值的方法,实验证明这种处理方法可以使1 d任意时刻的插值精度达到mm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。     

两种北斗卫星精密星历外推方法的精度分析

国际全球卫星导航系统服务(IGS)中心只提供当天00:00:00—23:45:00的精密星历数据,若要获取当天完整的星历数据,往往采用坐标外推的方法得到23:45:00—24:00:00时段的星历数据。本文采用三角函数插值法和广义延拓逼近法对一段时间不同类型和不同时间间隔的北斗卫星精密星历轨道坐标进行外推。结果表明,GEO卫星精密星历轨道坐标外推精度优于IGSO卫星和MEO卫星;两种外推方法对于5 min时间间隔精密星历外推精度明显高于15 min时间间隔精密星历,且三角函数插值法外推精度优于广义延拓逼近法1～2个数量级。因此,在对北斗卫星精密星历进行轨道坐标外推时,可以优先采用精度更高的三角函数插值法和使用5 min时间间隔的星历数据进行外推计算。     

拉格朗日和切比雪夫多项式在精密星历插值中的应用

文中分别采用拉格朗日多项式和切比雪夫多项式,对时间间隔为15 min的IGS精密星历进行内插和拟合,将插值结果与原始精密星历进行比较。在此基础上分析了不同阶数下的插值精度,并将这两种方法做一些比较,得出结论:采用一定阶次的拉格朗日和切比雪夫多项式做精密星历内插均达到毫米级的精度,且两种方法的插值效果比较接近。     

BDS卫星位置插值方法研究及精度分析

针对精密星历本身只能提供离散的而不是任意时刻的卫星位置,该文提出采用插值法计算任意时刻的卫星位置。利用德国地学中心(GFZ)提供的精密星历数据,依次使用了拉格朗日插值法、牛顿插值法、切比雪夫拟合法、勒让德拟合法计算地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中地球轨道(MEO)卫星这3种不同轨道卫星任一时刻的卫星位置,并对这4种插值方法的精度进行了深入分析。实验结果表明:在解算北斗3类不同轨道卫星中,C01卫星用牛顿插值法最优,C09和C12卫星用拉格朗日插值法最优。     

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。     

区域监测站与低轨卫星数据联合测定MEO卫星轨道

我国北斗二代系统(BDS)地面运控监测站数量较少且为区域分布,短期内难以实现全球建站,因此对全球运行的中圆地球轨道卫星(MEO)难以形成连续多重覆盖观测,导致BDS的MEO实时轨道精度偏低。基于上述问题,本文考虑到低轨卫星星载GNSS数据可以有效弥补区域监测站在空间覆盖及几何结构上的不足,设计了一种将星载GNSS接收机作为高动态天基监测站,联合地面区域监测站数据对卫星导航系统的MEO卫星轨道进行实时解算预报的方法。算例结果显示:7个区域监测站联合1至3个天基监测站,其定轨精度可分别提升约21%、34%和55%,这也表明,地面区域监测站联合天基低轨卫星数据可有效提高MEO卫星的轨道精度。建议我国BDS在区域测站分布阶段可采用联合低轨卫星数据方法提高北斗MEO卫星实时轨道精度。     

基于BDS精密星历产品的水汽探测性能分析

研究北斗卫星导航系统（BDS）反演大气可降水量的性能有利于推动BDS在数值天气预报、气象学研究等方面的应用. 基于武汉大学发布的BDS最终精密星历产品(WUM)、快速精密星历产品(WHR)和超快速精密星历产品(WHU),利用MGEX站和单基站连续运行参考站（CORS）提供的全球卫星导航系统（GNSS）多模观测数据,在验证三种BDS精密星历产品解算对流层天顶延迟的精度达到要求后,将基于三种BDS精密星历产品解算的大气可降水量分别与GPS水汽探测结果、ERA-5再分析资料和探空站数据进行对比,分析基于三种精密星历产品的BDS水汽探测性能. 实验结果表明:基于BDS最终精密星历产品的大气水汽探测精度高于快速星历产品和超快速星历产品,三种BDS星历产品反演大气可降水量的相对精度和可靠性与GPS相当,满足中小尺度数值天气预报和气象学研究等要求.      

北斗卫星多天轨道合成方法及其精度分析

目前,北斗卫星多天解轨道主要是通过常规的数据累积解算获得,处理效率较低。此外,由于开通运行不久,北斗卫星力学模型尚未完善,限制了多天解轨道精度的进一步提高。针对以上问题,本文提出了附加伪随机脉冲的北斗卫星多天轨道合成方法,利用法方程叠加实现北斗卫星多天轨道合成,可有效提高轨道解算效率。同时,利用伪随机脉冲对力学模型的补偿作用,进一步提高了多天轨道合成的精度水平。实测数据分析表明:在多天轨道合成中,单天边界附加伪随机脉冲对北斗卫星轨道精度有明显改进作用。其中,3类卫星切向、法向轨道精度的改善程度大于径向,GEO和IGSO卫星轨道精度的提高幅度大于MEO卫星。一定范围内,随着定轨弧段的增长,北斗卫星定轨精度能够得到不同程度的改善,且主要表现在轨道切向。     

星蚀期北斗卫星轨道性能分析——SLR检核结果

星蚀期北斗卫星的轨道性能是北斗卫星导航系统性能分析的重要部分。了解北斗卫星导航系统星历中星蚀期轨道的精度,不仅可为系统服务性能评估提供支持,还有助于了解星蚀期精密定轨中相关模型可能存在的问题,进而为精密定轨函数模型改进提供参考。本文基于2014年1月至2015年7月的卫星激光测距资料,重点分析了星蚀期对北斗不同类型卫星轨道的影响,同时也对北斗广播星历和精密星历中整体轨道径向精度进行检核。结果表明:星蚀期内(尤其是偏航机动期间),IGSO/MEO卫星的广播星历和精密星历轨道均存在明显的精度下降;广播星历轨道径向误差达1.5~2.0m,精密星历轨道径向误差超过10.0cm。但仅从轨道径向残差序列中难以发现星蚀期对GEO卫星轨道是否有显著影响。非星蚀期间,IGSO/MEO卫星和GEO卫星的广播星历轨道径向精度分别优于0.5 m和0.9 m。IGSO/MEO卫星的精密星历轨道径向精度优于10.0cm,GEO卫星的轨道径向精度约50.0cm,且存在40.0cm左右的系统性偏差。     

基于IGS精密星历的卫星坐标插值

在GPS定位中,卫星位置的计算是一个关键环节。在GPS数据后处理中,用户需根据IGS提供的精密星历选择合理的插值方法解算任意观测时刻的卫星位置。目前经常采用的插值方法有拉格朗日多项式插值、切比雪夫多项式插值和Neville算法。文中通过精密星历内插卫星位置的实际算例,说明这3种方法的优缺点,并且给出了一些有意义的结论,同时认为Neville算法具有承袭性,计算方法简单,建议用户在内插卫星位置的时候使用Neville算法。