低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

BD卫星星间链路定轨结果及分析

我国新一代北斗导航系统试验卫星搭载了高精度星间链路载荷并已经得到了实测数据。本文给出了星间链路数据预处理方法,并介绍了星间链路数据独立定轨和星间Ka测量与L波段数据联合定轨的方法和初步结果。利用3颗试验卫星和1个地面Ka站在轨试验,结果表明:独立采用星间链路定轨,其结果 R方向误差小于0.5m;星间链路数据与L波段数据联合定轨,其对L波段定轨结果有显著改善,轨道R方向误差小于0.3m;星间测量设备时延标校精度优于0.1m。     

SLR资料精密测定GLONASS卫星轨道

将SLR资料计算的轨道与CODE轨道进行了比较,并将比较结果转换到RTN坐标系中。通过比较分析发现,两种轨道差值在轨道径向、法向和沿轨方向的精度分别优于10cm、50cm和45cm;SLR和微波资料确定的GLONASS卫星轨道在径向存在系统误差,该系统误差随卫星轨道面的不同而不同。     

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。     

基于星间星地链路的整网批处理定轨算法仿真研究

导航卫星的轨道确定是支撑GNSS运行的关键技术,星间链路的应用给传统GNSS的运行模式带来新的变革。通过将轨道确定转化为线性最小二乘问题,结合整网平差原理和联合定轨理论,提出了基于星间星地链路的整网批处理定轨算法。给出了批处理定轨流程;建立批处理定轨仿真试验,将星地联合定轨与传统定轨进行比较,结果表明:星地联合定轨方案能显著提高定轨精度,验证了算法的可行性和有效性。     

导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延的方法

导航卫星系统播发的卫星钟差改正数包含了卫星的导航信号设备群时延。从保持与用户算法一致性的角度考虑,指出利用星间测距数据求解的卫星钟差也应该包含导航信号设备群时延。由此发现星间链路设备时延以组合时延的形式出现在观测方程中：接收设备时延与导航信号群时延之和构成组合接收时延,发射设备时延与导航信号群时延之差构成组合发射时延。探讨了处理星间链路设备时延的方法,提出两种在定轨和钟差解算数据处理的同时估计设备时延参数的方法：一是估计每颗卫星的组合接收时延和组合发射时延;二是估计每条(有向)链路的时延偏差参数(组合接收时延与组合发射时延之和)。通过仿真实验,证明了所提方法正确性和有效性。结果表明,利用提出的方法可以显著地降低设备时延对轨道和钟差解算精度的影响,效果几乎接近设备时延被准确标定的理想情况。     

小天体探测器精密定轨与引力质量解算EI北大核心CSCD

小天体探测器精密定轨与引力质量解算是小天体探测任务的关键环节。论文以我国未来小天体探测任务为背景,以欧洲航天局的Rosetta探测任务为切入点,紧紧围绕小天体探测器精密定轨与引力质量解算,深入研究了相关的基本理论、模型方法和技术细节。论文的具体研究内容包括如下6个方面。     

GNSS卫星精密定轨综述:现状、挑战与机遇

GNSS卫星精密轨道是高精度GNSS应用的基础与前提,GNSS卫星精密定轨技术也一直都是卫星导航领域的研究重点与热点。本文首先介绍了GNSS星座与跟踪数据概况,梳理了精密定轨函数模型、动力学模型及随机模型构建过程中的关键问题,归纳了低轨星载观测和星间链路观测等多源数据增强GNSS精密定轨的研究进展;然后,从应用的角度总结了当前GNSS精密轨道产品的基本状态,并进行了精度评估;最后,讨论了GNSS精密定轨在大网快速解算、多层次观测数据融合、太阳光压模型精化及高精度实时定轨等方面所面临的挑战,并展望了低轨星座、光钟、激光链路等新技术给GNSS精密定轨带来的机遇。     

方差分量估计在卫星定轨中的应用

为解决卫星精密定轨过程中的观测资料加权问题，本文在卫星精密定轨过程中引入方差分量估计。文章采用Lageos2卫星1996年1月至2000年12月的全球SLR实测数据进行了卫星精密定轨计算，计算结果表明这种加权方法能较好地平衡观测资料对定轨结果的贡献，卫星轨道精度可以得到明显的提高。     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件(PANDA软件)的基础上,解算了2002年年积日126~131 dCHAMP卫星的精密轨道,并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示,本文的轨道精度在径向为4~5 cm,切向和法向为6~8 cm。     

附加Helmert变换参数的低轨卫星约化动力学精密定轨

在运动学精密定轨以及动力学轨道积分的基础上,提出基于Helmert变换的约化动力学精密定轨模型.该模型对动力积分轨道以及运动学轨道建立Helmert变换,进而修正轨道积分中的卫星初始轨道以及各种动力学参数.应用该模型,文章采用的约化动力学精密定轨包含两个部分:运动学精密定轨以及基于Helmert变换的动力学轨道平滑.对CHAMP、GRACE两个星期的观测数据进行计算,结果显示:在引入Helmert变换平移参数的参数设置下,相对于运动学轨道,约化动力学轨道的精度平均提高了约30%;对于CHAMP卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.14,0.14,0.16) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m;对于GRACE-A卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.17,0.15,0.13) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m.文中还详细讨论和分析了模型中不同参数设置下轨道精度的情况.     

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。     

综合星间和地面测距数据的导航卫星联合定轨

简要地论述了基于星间测距数据和地面跟踪数据的导航卫星联合定轨中的观测模型、定轨软件及数据模拟方法等,在此基础上,基于自编的联合定轨软件进行了不同方案的模拟计算。结果表明,采用星地联合定轨模式,不仅可以获得很好的定轨精度,而且可大量减少地面跟踪站的布设数目以及降低对地面站的几何分布要求;地面跟踪站数量的增加及其地理分布的改善对提高联合定轨精度作用有限。     

GIOVE-A卫星精密定轨仿真研究

基于GPS系统的实测数据,在极为类似的条件下,仿真研究了GIOVE-A卫星的精密定轨问题。以IGS提供的GPS精密星历为时空基准,利用12个全球分布的跟踪站数据,在精确确定地面站坐标、精密时间同步以及确定对流层参数的基础上,进一步利用单颗GPS卫星仿真GIOVE-A卫星实施了精密轨道确定。结果显示,采用本文方法计算的单颗导航卫星轨道的三维位置精度优于50 cm,径向精度达到了10 cm。     

GLOVE-A卫星精密定轨仿真研究

基于GPS系统的实测数据,在极为类似的条件下,仿真研究了GIOVE—A卫星的精密定轨问题。以IGS提供的GPS精密星历为时空基准,利用12个全球分布的跟踪站数据,在精确确定地面站坐标、精密时间同步以及确定对流层参数的基础上,进一步利用单颗GPS卫星仿真GIOVE-A卫星实施了精密轨道确定。结果显示,采用本文方法计算的单颗导航卫星轨道的三维位置精度优于50cm,径向精度达到了10cm。     

火星探测器精密定轨定位与火卫一低阶重力场研究EI北大核心CSCD

论文详细地研究了火星探测器精密定轨定位理论与方法。从火星轨道器精密定轨问题入手,重点对欧空局火星快车号探测器进行了相关研究。通过梳理定轨策略,全面处理了火星快车多普勒跟踪数据,获得了高精度的火星快车重建轨道。同时在国际上首次融合处理多次火星快车飞掠火卫一期间的观测数据,提高了火卫一低阶重力场模型的精度。     

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。     

BDS-3多频非差非组合精密定轨精度分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)五频点观测数据和非差非组合精密定轨理论,介绍了非差非组合观测模型和参数估计方法,提出了利用K均值聚类算法(K-means)进行测站选取的策略,分析并讨论了非差非组合方法的优势.通过K-means和人工经验选取两种测站选取方案,分别使用BDS-3五频,B1C+B2a、B1I+B3I三种频率选择方式,利用30个观测站,对BDS-3中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)进行精密定轨处理.结果表明：当接收B1C+B2a频点观测数据测站不足时,非差非组合方法可以通过利用五频观测数据增加观测数据数量、优化测站布局,提高定轨精度,与B1C+B2a频率组合相比,五频定轨结果切向(A)、法向(C)、径向(R)和三维(3D)方向均方根(RMS)月均值分别提升0.003 m、0.004 m、0.003 m和0.007m;K-means算法选取的测站与人工经验选取相比,分布更加合理,定轨精度更高,三种频率选择方案MEO卫星3D RMS月均值精度分别提升0.009 m、0.017 m和0.009 m.     

利用SLR与伪距资料综合定轨

以GPS伪距为观测量对GPS35卫星进行定轨,然后将SLR与GPS伪距资料综合起来进行定轨,并将计算的轨道与IGS精密轨道进行了比较。     

基于星间单差法的GEO卫星精密定轨

提出了一种利用星间单差法消除接收机钟差的GEO卫星精密定轨方案。通过仿真,详细探讨了相关原理、参数设置、测站分布以及单差选星等关键问题。仿真研究表明,该方法消去了接收机钟差、大部分与测站相关的系统误差以及用模型未完全改正的对流层及电离层延迟残差,能够直接解算卫星轨道参数,减轻测站接收机时钟同步的负担;通过方案对比,确定了一种优化方案,选取合适的卫星对,在现有条件下采用合适的测站分布,利用星间单差方法解算22参数,可以获得高精度的GEO卫星轨道。