两种北斗卫星精密定轨方法的对比

给出了北斗卫星单系统和多系统融合非差精密定轨方法的基本原理和主要区别,并结合实测数据,对比分析了两种方法的定轨精度。结果表明,在一定观测条件下,两种方法定轨精度基本相当,GEO卫星三维定轨精度能达到1 m左右,IGSO和MEO卫星能达到0.2~0.3 m,3类卫星径向轨道精度优于10 cm。     

北斗系统IGSO卫星新姿态控制模式下定轨精度分析

2016-03-30发射的北斗卫星导航系统IGSO-6卫星采取了不同于之前在轨运行的IGSO卫星的姿态控制模式,在地影期间保持连续动偏模式。利用多个观测网的观测数据进行GPS/BDS联合定轨,分析了IGSO-6卫星的定轨精度。结果表明,IGSO-3卫星地影期间轨道重叠段3D精度平均为0.31 m,最大为0.67 m;IGSO-6卫星平均为0.18 m,最大为0.28 m。姿态转换期间,激光检核视向精度IGSO-3达到0.2 m,IGSO-6优于0.1 m。相比于同时段经历地影期的IGSO-3卫星,采取新的姿态控制模式后,IGSO-6卫星能够有效避免因为地影期导致的定轨精度下降。     

北斗三期试验卫星精密定轨及对PPP定位影响的分析

基于北斗三期试验卫星的实测数据确定其精密轨道和钟差,结果表明三期试验卫星IGSO径向重叠弧段精度优于7.0 cm,MEO优于5.3 cm,与二期非GEO卫星相当。采用相应轨道和钟差产品进行静态精密单点定位结果表明,在加入北斗三期试验卫星后,监测站坐标平面精度优于1.0 cm,高程精度优于2.6 cm,相对于仅采用北斗二期卫星定位结果分别提高0.5 cm和1.2 cm,且收敛时间缩短约2 h 35 min。     

基于全球MGEX数据的北斗导航星座精密轨道确定

利用全球分布的MGEX站观测数据,使用"两步法"以双差方式对北斗卫星进行精密定轨。主要研究北斗卫星轨道确定的处理策略,重点分析轨道确定的流程,并通过实验评价了3种不同类型轨道的精度。结果显示,MEO和IGSO卫星的定轨内符合精度优于0.2m,其中径向优于10cm,外符合精度优于30cm;GEO(以C05号为例)卫星外符合精度优于0.7m,且径向优于10cm。     

长距离GPS基线及卫星定轨计算精度

利用６个ＧＰＳ固定观测点３天的观测资料，采用伯尔尼３．５版软件用多种方法计算了长距离ＧＰＳ基线边及ＧＰＳ卫星轨道参数。结果表明，对８００～３０００ｋｍ的ＧＰＳ基线，利用精密星历计算，边长及其经纬度分量重复测量精度可达１０－８～１０－９；同精密星历相比，２天轨道弧段的定轨精度为１～４ｍ（坐标中误差）。显然，采用ＩＧＳ（国际地球动力学ＧＰＳ服务处）计算中心的精密星历可以满足地球动力学及地震预报研究对ＧＰＳ的精度要求，而利用国内的观测点资料作ＧＰＳ卫星定轨，可以满足一般测量的精度要求     

基于GNSS和SLR观测数据的北斗卫星(GEO/IGSO)精密定轨

研究了联合GNSS和卫星激光测距（satellite laser ranging,SLR）观测数据对北斗卫星定轨精度的影响。仅利用GNSS观测值对北斗卫星进行定轨时,C01、C08和C10卫星的SLR检核结果显示,这3颗卫星的SLR残差均存在一定的偏差且不相同。加入SLR观测值联合定轨时,分别对估计和不估计系统偏差的卫星轨道结果进行分析。结果显示,对C01（GEO）卫星加入SLR观测值时必须引入系统偏差,否则会使轨道偏离;C08和C10（IGSO）卫星估计和不估计系统偏差时对预报轨道的精度均有一定的改善。最后统计了这3颗卫星的系统偏差,C01卫星的系统偏差达到50 cm,C08和C10卫星的系统偏差在5 cm以内。     

不同光压模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性分析

为分析不同光压模型在北斗卫星处于不同姿态控制模式下的定轨性能,从轨道内、外符合精度等方面分析ECOM 5参数模型、Box-Wing+ECOM 5参数模型和拓展版ECOM模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性。结果显示,卫星处于非地影期时,BDS-2卫星使用ECOM 5参数模型时内、外符合精度最优,而BDS-3 MEO卫星使用Box-Wing+ECOM 5参数模型与拓展版ECOM模型时的轨道精度要略优于ECOM 5参数模型,3者内符合精度差异小于1 cm;卫星处于地影期时,BDS-2与BDS-3 MEO卫星使用拓展版ECOM模型精度最高,与其他光压模型相比,其轨道切向与法向内符合精度提升约20%~70%;对于BDS-3 IGSO卫星,由于观测数较少,导致其轨道精度要远低于其他北斗卫星,但综合来看,ECOM 5参数模型表现略优。     

GPS天线相位中心校正对GRACE卫星精密定轨的影响

使用GRACE卫星星载GPS观测数据,研究地面获取的先验PCV模型和利用残差法估计的在轨PCV模型对低轨卫星精密定轨的影响,并采用GFZ精密轨道对比和SLR检核手段对其进行评估。结果表明,使用先验PCV模型会降低GRACE卫星定轨精度,相反利用在轨PCV模型可以提高定轨精度,提升数量级可达mm级。     

姿态和光压模型对北斗导航卫星精密定轨的影响分析

通过GPS/BDS双系统联合定轨给出北斗系统新老卫星的轨道精度变化特征,分析不同姿态控制模式对卫星精密定轨的影响及其原因;针对光压模型的不足,讨论两种改进的定轨策略对北斗系统精密定轨的适用性。结果表明,当太阳矢量与卫星轨道面的夹角小于4°时,采用动偏-零偏转换模式的IGSO/MEO卫星会有明显的轨道精度下降,而IGSO-6卫星的轨道精度变化较为平稳,没有明显的精度衰减;ECOM光压模型较适用于IGSO-6卫星,但不适用于其他卫星;两种改进的定轨策略都能在一定程度上提高北斗导航卫星精密定轨的精度,可为北斗系统精密定轨提供参考。     

北斗三号组网卫星数据质量分析及单系统定轨精度初步评估

选取2018-01-23起10 d内16个iGMAS测站观测数据,对北斗三号卫星的观测数据质量及BDS单系统精密定轨精度进行评估。初步结果表明,老信号B1I、B3I北斗三号卫星的信噪比略强于二号卫星,噪声与多路径基本相当,均在0.1 m量级,新卫星不存在星内多路径偏差。新信号B1C/L1/E1频点GPS信噪比最强,Galileo和BDS卫星相当,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当;噪声及多路径方面,B1C/L1/E1频点GPS优于BDS、Galileo卫星0.1 m量级,B2a/L5/E5a和B2b/E5b各系统基本相当,均在0.1 m量级,新信号中北斗三号卫星星内多路径偏差基本消失。单系统精密定轨试验中,分别进行有/无GEO卫星策略、太阳光压模型ECOM 五/九参数策略的比较,并使用卫星激光测距数据进行独立检核。初步结果表明,有GEO卫星、ECOM五参数光压模型的定轨精度最好,C19号卫星7个重叠弧段的平均定轨精度在沿迹向、法向、径向的精度分别为32 cm、16 cm、8 cm,与试验卫星的定轨精度基本相当。     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究,得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明,选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站,利用72 h弧长观测数据,采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度,其中GEO卫星轨道精度约291 cm,IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨,也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

利用超快速精密星历约束的北斗卫星实时精密定轨

以广播星历为起算轨道的北斗卫星实时滤波精密定轨往往需要较长收敛时间,针对此,提出利用超快速精密星历约束的实时精密定轨方法。通过MGEX跟踪网全球分布的51个测站连续7 d的实测数据,利用平方根信息滤波对北斗卫星实时精密轨道进行确定,并以3 d解事后轨道作为参考,评估北斗卫星实时滤波轨道精度。结果表明,利用广播星历作起算轨道时,北斗实时滤波轨道平均需要经过15 h收敛才能达到稳定,而新方法在这段时间内轨道变化较为平稳,未出现明显的收敛现象,并且7 d时间内GEO卫星在切向、法向和径向上RMS分别优于2.5 m、20 cm和30 cm,IGSO和MEO卫星在3个方向上分别优于30 cm、15 cm和10 cm。
     

资源三号02星双频GPS快速精密定轨

采用资源三号02星双频GPS观测数据和CODE快速星历,利用非差简化动力学方法实现卫星精密定轨。通过卫星轨道重叠弧段检验,轨道径向精度优于3.90 cm,位置精度优于5.52 cm。利用SLR观测数据检核卫星轨道,精度优于4 cm。采用轨道外推和瞬时根数方法预报轨道,12 h内切向精度优于30 m。     

CNES实时和存档卫星轨道/钟差产品对北斗PPP的影响分析

从使用CNES产品的北斗实时PPP用户角度出发,对比分析连续10 d的北斗实时和存档产品,并对2种产品的轨道/钟差差异及该差异对北斗PPP的影响进行研究.结果表明,2种产品的轨道差异小于1 mm,但钟差存在士0.1 ns差异;将2种产品分别应用到4个IGS MGEX测站的北斗静态PPP中发现,2种产品的差异对PPP收敛...     

GPS/BDS分类组合定位的指数加权Helmert方差分量估计法

针对北斗卫星导航系统（BDS）星座结构复杂、不同类型卫星观测值残差差异较大的不利条件,将BDS系统中IGSO、MEO、GEO 3种卫星的观测值进行分类定权,提出一种顾及历史权比的指数加权Helmert方差分量估计法来精确确定不同系统之间观测值的权阵。为了验证该方法在GPS/BDS组合定位中的有效性,采用单点定位模型分别进行静态和动态导航实验,并将其定位结果与等权模型以及不考虑指数加权的Helmert方差分量估计方法进行对比。结果表明,采用改进的加权方法,在东、北、天3个方向的定位精度均获得显著提高,在静态条件下,相对于等权模型,改进方法3个方向的定位精度提高幅度分别达到50.0%、51.0%和42.0%;在动态条件下,定位精度提高幅度分别为10.0%、8.0%和9.0%。特别在卫星数量较少、卫星几何图形强度较差时,定位结果的改善效果更为明显。     

基于信噪比检验的双参数岭型Kalman滤波及其在BDS星地联合定轨中的应用

将Kalman滤波病态性诊断与处理相结合,提出基于信噪比检验的双参数岭型Kalman滤波。在分析Kalman 滤波的病态性以及岭型 Kalman 滤波的缺陷后,引入信噪比统计量度量每个待估参数受病态性影响的大小,将待估参数区分为涉扰参数和非涉参数,并利用两个岭参数对两类参数进行不同强度的修正,结合广义岭估计思想给出两个岭参数的选取方法。该算法在降低状态参数估计方差的同时尽量减少岭型Kalman滤波引入的偏差。利用STK仿真5颗GEO卫星+24颗MEO卫星+3颗IGSO卫星的北斗卫星星座并进行分布式自主定轨,结果表明提出的新算法能够有效改善病态性对Kalman滤波的不良影响,且相对于岭型Kalman滤波具有更高的定轨精度。