北斗广播星历精度评估

广播星历的误差能够直接影响卫星定位的精度,对北斗的广播星历精度进行分析可以为GPS与北斗组合定位观测值定权提供依据。通过与精密星历进行比较,结果表明: 北斗轨道误差优于5 m,钟差均方根误差优于13 ns,以空间信号测距误差（SISRE）为指标,北斗广播星历整体精度优于4.5 m。通过与GPS进行对比,结果表明北斗广播星历精度略低于GPS。     

北斗精密定轨及广播星历轨道精度评估

目前各类用户对基于北斗卫星导航定位服务需求在不断扩大,由于广播星历实时、易获取,北斗广播星历精度是实时导航定位用户关心的问题,也是检验系统是否达成设计指标的关键因素。文中基于国家基准站和MGEX站计算北斗精密轨道,重复弧段精度优于利用国际站计算结果。将计算的北斗精密轨道作为参考,更加准确地评估分析北斗广播星历轨道误差的精度。分析结果显示,北斗广播星历轨道径向精度优于法向和切向精度,且法向误差具有较为明显的周期性。各类卫星中,GEO卫星精度稍差,而IGSO和MEO卫星与GPS在同一量级。随着北斗卫星系统逐步组网完善,地面监测站分布趋于合理,北斗系统整体性能将会不断提高。     

广播星历下多系统卫星位置、速度计算及精度分析

目前GNSS空间部分主要由GPS、GLONASS、Galileo、BDS 4系统构成,在利用广播星历进行多星组合导航时,需要根据不同卫星星座广播星历精度信息实现多系统定位信息的组合。现有研究对GPS、GLONASS广播星历精度进行了充分分析,但对由Galileo、BDS广播星历计算卫星位置、速度及其精度的研究相对较少。本文利用精密星历对GNSS广播星历计算的卫星位置、速度精度进行了分析。结果表明,GPS广播星历解算的卫星位置误差小于2 m,GLONASS广播星历解算的卫星位置误差最大在4 m左右,Galileo广播星历解算的卫星位置误差最大在3 m左右,BDS广播星历解算的GEO卫星位置误差最大在40 m左右,IGSO卫星位置误差最大在9 m左右,MEO卫星位置误差最大在5 m左右。GPS、Galileo、BDS速度误差在1 mm/s内,GLONASS速度误差在2 mm/s内。     

基于广播星历改正的实时精密星历与钟差获取研究

卫星位置误差和钟差是GPS导航与定位的重要误差源。通过NTRIP协议,利用Internet方式向全球发布实时广播星历的卫星轨道和钟差改正信息。结果表明:由广播星历计算得到的卫星位置和精密星历中给出的位置值相差为分米级,而经过改正后的卫星位置相差仅为厘米级。采用广播星历中给出的钟差参数,其精度约为2~4ns;经过钟差改正后,精度相差约0.3~0.4ns.     

北斗卫星导航系统高精度相对定位性能分析

通过实际采集的北斗卫星导航系统广播星历数据,计算北斗卫星导航系统卫星的位置,分析我国北斗卫星导航系统星座在不同纬度条件下的可视情况。采用两台BDS/GPS接收机同时接收北斗卫星导航系统与全球定位系统数据,单独利用北斗卫星导航系统与全球定位系统系统进行静态基线解算,结果表明,目前我国北斗卫星导航系统的定位精度和全球定位系统相当。利用单历元算法对基线进行"实时"解算,在X轴和Y轴方向北斗卫星导航系统精度稍差,在Z轴方向二者精度相当。     

MGEX广播星历轨道和钟差的精度评估

为了对MGEX提供的广播星历产品进行精度评估,本文推导了广播星历计算卫星在地固坐标系下位置的数学模型,归纳了精密星历对广播星历进行评估的基本原理和方法,借助MGEX系统提供广播星历产品,对比分析了MGEX系统提供的GPS卫星广播星历轨道及钟差的误差平均值和RMS值。试验结果表明：除个别卫星轨道误差RMS超过4 m,钟差误差平均值大于8 ns外,MGEX提供的7 d和27 d的广播星历产品的轨道精度都优于3 m,钟差误差小于6.5 ns。本文为使用MGEX广播星历的用户提供了参考依据。     

基于SDP4模型的导航卫星仰角及方位角预报

地面站可控天线可以不借助接收机而直接监测导航卫星的信号质量,地面天线伺服系统根据卫星的实时位置计算出仰角及方位角来确定天线的指向。广播星历及历书等常用的计算卫星位置的方法虽误差较小,但其误差随时间迅速扩大,基于该问题,论文论述了双行星历（TLE）结合SDP4模型进行卫星轨道预报方法,利用SDP4模型计算GPS导航卫星的实时位置并预报卫星的仰角及方位角,采用IGS 事后精密星历对其角度预报误差进行了评估,同时,还将该方法的预报误差与广播星历、历书、STK高精度轨道预报等方法的预报误差进行了对比。实验结果表明：采用SDP4模型对导航卫星进行位置预报可满足误差要求,且时间有效性长、通用性好,具备实际应用价值。     

GNSS广播星历的精度评定

由于卫星广播星历有能被用户实时观测到的特点,因此为导航和实时定位提供了方便。精密星历是高精度的事后星历,而广播星历是由全球定位系统的地面控制部分所确定和提供,并经过卫星向全球用户公开播发的一种预报星历。本文选取了GPS和GLONASS卫星系统,并对GPS和GLONASS广播星历与精密星历计算的卫星位置对比分析,最后得出广播星历的精度与卫星和原子钟的类型有关的结论。     

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,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差（signal-in-space ranging error,SISRE）分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。     

GPS卫星广播星历轨道误差突变性分析

针对GPS卫星播发的广播星历存在误差突变的问题进行了有关研究。利用切比雪夫多项式,分别以不同的拟合时段计算卫星轨道坐标,然后分别与对应历元的IGS精密星历所提供的GPS卫星的坐标进行比较,发现了某些GPS卫星广播星历轨道误差变化的规律。这对如何削弱广播星历的轨道误差,提高导航与定位精度是十分有益的。     

北斗GEO卫星轨道算法研究

通过实际采集的北斗广播星历数据分析了GEO广播星历的相关轨道根数特性,北斗GEO卫星广播星历拟合坐标旋转法,给出了适用于北斗GEO卫星的轨道计算方法,通过理论分析和试验验证了北斗GEO法的可用性与正确性。     

导航电文星历参数对卫星轨道精度的影响

卫星导航定位的关键是获知导航卫星的精确位置,其轨道精度与导航电文中广播星历参数密切相关。分析了由广播星历参数计算的卫星广播轨道与精密星历确定的真实轨道之间的误差,并将其投影到卫星切向、径向和法向进行仿真研究。比较了民用导航电文（CNAV）和旧民用导航电文（NAV）的星历参数的差异,利用精密星历拟和出对应的广播星历参数,研究其星历参数的变化对卫星轨道精度的影响。分析了GPS不同频点播发的导航电文中星历参数在数据帧内的结构。研究结果表明：GPS卫星广播轨道误差一周内在2到4m内变化,而其在切向、径向和法向的投影值呈现周期性余弦变化,其演变周期与GPS轨道周期近似相等,而选取改进后的17个广播轨道参数表示的星历数据于15个星历参数对比,其轨道拟和误差值改善2～3cm.     

LEO广播星历参数设计的无奇点根数法

针对LEO卫星的广播星历参数设计,在分析低地球轨道(LEO)卫星轨道根数变化特征的基础上,从第二类无奇点根数出发,对标准GPS广播星历的轨道及其摄动表征进行改造,提出一套专用于LEO卫星的23参数星历表示法,并推导了相应的用户卫星位置计算公式。拟合试验表明,20 min星历拟合的用户距离误差(URE)的均方根优于0.05 m。     

GEO广播星历参数设计的无奇点根数法

北斗导航星座的GEO广播星历格式与MEO和IGSO的格式一致,但是GEO星历参数拟合和用户GEO卫星位置计算均需要引进人为设置的5°倾角旋转。从第二类无奇点根数出发,对标准广播星历的轨道及其摄动表征进行改造,提出一套专用于GEO卫星的16参数星历表示法,并推导了相应的用户卫星位置计算公式。拟合试验表明,在非地影期间,2h和3h星历拟合的用户距离误差(URE)的均方根分别优于0.05m和0.1m。     

北斗卫星导航系统空间信号测距误差评估

针对北斗卫星导航系统空间信号测距误差能否满足公开服务性能需求的问题,该文顾及卫星轨道误差和卫星钟误差影响的北斗卫星导航系统空间信号测距误差评估方法,利用MGEX提供的北斗广播星历和GFZ提供的事后精密星历,对2018年1月北斗卫星的广播星历误差、轨道误差和空间信号测距误差进行了短期分析评估。结果表明,所有北斗卫星在评估期内的空间信号测距误差精度为2.11 m,满足北斗系统公开服务空间信号性能需求。其中,MEO卫星空间信号测距误差精度最高,为1.43 m,GEO卫星精度最差,为2.62 m;所有卫星的空间信号测距误差总体上优于2.5 m,空间信号测距误差呈1 d周期变化;在变化趋势上,MEO空间信号测距误差变化比较稳定,而GEO和IGSO存在一定的跳变情况。     

基于Bernese软件对卫星定轨实时计算

利用GPS广播星历计算卫星坐标是GPS实时定位中的重要部分,卫星轨道精度对GPS定位结果有很大影响。依据Bernese卫星定轨流程,利用Fortran语言实现了卫星轨道处理程序,并通过实例对计算得到的卫星轨道坐标与Bernese5.0软件处理的广播星历和精密星历得到结果进行比较分析,误差均小于±2.5m,程序定位效果良好,证实了自编程序的可行性。     

风云三号C卫星星载GPS/BDS分米级实时定轨模型研究

风云三号C(Fengyun 3C,FY3C)卫星于2013年发射,搭载了全球导航卫星掩星探测仪(GNSS occultation sounder,GNOS),是国际首台兼容GPS和北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)的掩星探测仪,可同时提供GPS和BDS双频观测数据,为研究星载GPS/BDS组合定轨提供了机会。为了实现分米级精度的星载GPS/BDS组合实时定轨,首先推导了基于载波相位观测值的星载GPS/BDS实时定轨数学模型;然后重点分析了GPS与BDS广播星历误差的变化特性,对不同类型轨道的BDS广播星历误差在信号传播路径(location of signal,LOS)方向的投影进行统计,并以此为依据,建立载波相位观测值的伪模糊度待估参数及其随机模型,用来吸收LOS方向的广播星历误差,从而实现分米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATODS对FY3C卫星GPS/BDS实测数据模拟在轨实时处理,结果表明,在使用广播星历的条件下,基于星载GPS/BDS载波相位实时定轨,可以达到30 cm的位置精度以及0.3 mm/s的速度精度。加入BDS观测数据后,虽然BDS卫星的广播星历整体精度低于GPS,但是通过合理设置伪模糊度参数的随机模型,实时定轨结果相对于单GPS有了一定的提高,当FY3C卫星经过亚太地区上空时,实时定轨精度可提高10%以上。     

GPS卫星定轨研究及STK仿真分析

首先对GPS卫星的轨道定轨的原理进行了简单描述,以卫星的广播星历数据为基础,计算出卫星的16个轨道参数,进而得到该卫星任一时刻的瞬时坐标。以2017年4月7日的GPS07号卫星的广播星历数据为例,计算该GPS卫星当天的轨道坐标,并将结果与当天IGS提供的精密星历所提供的卫星轨道坐标进行比较,计算结果显示广播星历误差可达5 m。最后使用STK软件调用MATLAB软件读取数据进行仿真分析,模拟出卫星的轨道,并计算出卫星的坐标,数值结果可为轨道设计提供技术参考。     

GPS卫星星历的精度分析

利用全球GPS永久性跟踪站WUHN(武汉)站在SA取消前后五天的广播星历文件计算得到在视卫星的位置和钟差，与事后IGS精密星历提供的卫星位置和钟差进行比较分析，说明SA取消对广播星历的影响。     

BDS广播星历的轨道误差分析

北斗卫星导航系统(BDS)已经正式投入运行,在卫星导航市场面临着GPS和GLONASS的竞争与挑战。因此,系统的性能即成为决胜市场的关键。对于实时导航的用户而言,广播星历是其能够正常定位导航的前提。对BDS的广播星历精度进行评价,无论是对系统的建设和后期发展,还是对用户市场的拓展,都具有重要的意义。分析结果表明,BDS的IGSO和MEO的广播星历精度与GPS相当,但是GEO卫星要差一些。