GPS卫星轨道数值积分与广播星历及IGS精密星历的比较

本文采用作者自编的SPPORB IT程序,对GPS卫星轨道的运动方程进行Adam s数值积分求解,同时利用广播星历计算卫星轨道坐标,然后将两者结果同IGS精密星历提供的卫星坐标进行比较,并探讨其轨道误差,计算结果显示广播星历与精密星历差值在2m左右,而数值积分与精密星历的差值在2 cm左右,进一步的分析表明前者误差较大是没有考虑卫星所受的太阳光压、日月引力等影响,而后者考虑了这些影响。鉴于IGS提供的是地固系坐标,而本文数值积分是在惯性系坐标系下进行的,因此本文还举例对惯性坐标系和地固系之间的坐标转换进行了描述。最后,通过实例说明SPPORB IT程序的稳定性以及Adam s数值积分方法的有效性。     

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.     

EOP预报误差对导航卫星轨道预报的影响分析

导航卫星轨道预报是利用精密定轨结果在惯性系下进行轨道外推,再将外推得到的惯性系轨道转换为地固系轨道,然后生成卫星星历数据。由于坐标系转换时使用的是带有误差的地球定向参数（EOP：Earth Orientation Parameters）预报值,转换结果会产生误差,进而影响轨道预报结果的精度。分析了EOP快速预报产品公报A的预报精度,研究了参数预报误差对轨道预报精度的影响。结果表明,对于利用GPS精密星历外推模拟得到的卫星轨道而言,EOP预报1天引起的轨道预报误差大致分布在0．232±0．183m,参数预报7天引起的轨道预报误差大致分布在0．438±0．356m。     

岁差-章动模型在卫星坐标转换中的应用

针对IAU2006/2000A和IAU1976/1980岁差-章动模型中坐标转换方法的不同问题,该文对比了ICRS与FK5的变化,分析了5种典型卫星坐标转换和速度转换产生偏差的大小及原因,给卫星坐标转换提供了一个定量的参考范围,揭示了不同模型对不同类型卫星坐标转换产生的影响。两种岁差-章动模型下,卫星坐标转换后的方位之差为10mas量级,并且存在线性增长;地球自转角速度之差为-1.46×10-6″/s,并存在振幅增加的周期项;转换后卫星的位置偏差与其轨道高度正相关,自转轴方向的速度偏差对中高轨卫星最为明显。章动改正对坐标转换的影响约为天极偏差的10倍。     

GPS35卫星的SLR轨道与IGS轨道的联合比较

GPS35卫星的对地一侧安装了激光后向反射器阵，使得这颗卫星不仅可以播发GPS导航定位信息，还可实施激光测距（SLR）观测，对由激光测距数据所确定的SLR轨道与由GPS数据所确定的IGC轨道进行了比较，得出了这两轨道的差值约为1m，并对此差值进行了分析。     

低低卫-卫跟踪模式中星载KBR系统和GPS接收机指标设计论证

推导了星载KBR系统的星间距离、星间距离变化率以及星载GPS接收机的卫星轨道位置误差分别影响累计大地水准面精度的误差模型,确定了星载KBR系统和星载GPS接收机的精度指标,建立了星间测速和轨道位置误差联合影响累计大地水准面的误差模型。结果表明,星载KBR系统的星间距离精度指标约为0.64×10-6m,星间距离变化率的精度指标约为0.8×10-6m/s,星载GPS接收机的卫星轨道位置精度指标约为2.1cm。在上述精度指标下,联合误差模型恢复120阶地球重力场对应的累计大地水准面精度约为26cm。     

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明:SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7~10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局(ESA)发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2~5cm,切向轨道差值RMS为2~5cm,法向轨道差值RMS为2~4cm,3D轨道差值RMS为4~7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。     

不同型号卫星的光压模型参数的拟合

随着GPS卫星型号的不断更新,目前共存在8种型号的卫星。每一种型号卫星的材质不尽相同,关于卫星的光压模型也略微不同。探究了不同型号卫星在body-fixed坐标系下光压加速度分量关于B角的约函数模型;利用IGS提供的精密星历,通过动力学轨道平滑过程来拟合8 d的数据,生成在solar-oriented坐标系下的加速度;把加速度在solar-oriented坐标系D-Y-B轴的分量转换到在body-fixed坐标系X-Y-Z轴分量;利用最小二乘法则拟合关于B角的约函数模型,建立关于B角的不同型号卫星的傅里叶光压模型,并进行轨道的外推。通过分析轨道外推的精度,验证GPS不同型号卫星光压模型拟合的精准性,为以后北斗卫星的光压建模提供理论依据。     

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。     

CHAMP卫星能量守恒方程及其误差分析

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复地球重力场模型的一种有效方法是能量守恒方法。本文详细给出了能量守恒方法的基本原理和数学模型，推导了惯性系和地固系下的能量守恒方程，并将其表示成三维直角分量的形式。论文最后分析了能量方程中各项误差影响。     

基于 SOFA 的 GCRS 与 ITRS 间坐标转换

协议天球坐标系GCRS是一个准惯性坐标系,在研究卫星运动状态一般都是在这个坐标系下进行。国际地球参考系ITRS是我们常用的坐标系,一般性测量涉及的坐标都是这个坐标系。为了更方便地研究卫星问题,经常需要在这两个坐标系下进行转换。 IAU的标准基本天文程序库SOFA给出基本天文运算的库函数,利用这些库函数,可以方便地实现这两个坐标系的转换。基于SOFA的这些特点,利用C＋＋对GCRS与ITRS的坐标转换进行了研究。     

完整后牛顿近似下原时与坐标时的转换

IAU2000通过了新的时空参考系和时间尺度决议，建议时空坐标理论必须在完整的后牛顿近似下来考虑。基于IAU2000决议，文中研究了在完整后牛顿近似下相对论参考系的基本概念、太阳系质心天球参考系(BCRS)和地球质心天球参考系(GCRS)的定义及其转换公式；推导了原时与坐标时之间的理论关系和严格转换公式。得到的理论公式可为进一步确定或定义相对论框架下的其它时间尺度(例如地球时和太阳系动力学时)提供了严格的理论基础和依据。     

利用北斗系统建立和维持国家大地坐标参考框架的方法研究

2000中国大地坐标系统（China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000）的建立和维持主要依赖于GPS技术,不利于保障国家时空信息安全。中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）提供亚太区域服务,可满足中国及周边地区高精度定位导航应用需求,对建立和维持国家大地坐标参考框架具有重要意义。研究利用已建成的北斗基准站网观测数据,实现基于BDS技术、并与国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame,ITRF）一致的国家大地坐标参考框架,为今后国家级和全球性北斗坐标参考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame,BTRF）的建立和维持提供理论基础和方法支撑。初步计算结果表明,积累2 a以上的观测数据,利用单独BDS数据可以获得与GPS精度相当的水平速度场,精度约为2~3 mm/a。基于单独BDS数据,测站残差平面和高程的重复性分别可优于0.8 cm和1.7 cm。利用BDS数据已可监测到测站高程方向的季节性变化。此外,还对单独BDS与GPS数据计算的坐标可能存在的与经纬度相关的系统误差进行了分析。总体来说,目前的北斗系统可满足建立和维持中国cm级大地坐标框架的需求。     

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。     

GPS非差相位精密单点定位方法与实现

探讨了精密单点定位的基本原理、处理方法、所涉及的误差改正及数据处理中的一些关键技术;采用直接内插IGS卫星精密星历的方法代替利用IGS跟踪站进行轨道精化方法计算卫星轨道参数,对现有精密单点定位计算方法进行了简化,使之更具有实用性。最后利用自主研发的精密非差单点定位软件计算和分析了实测数据。计算结果表明,经过大约15 min的初始化后,非差相位单历元的定位结果精确度在X,Y,Z方向上均优于20 cm。     

GPS and GLONASS Integration: Modeling and Ambiguity Resolution Issues

The integration of GPS with GLONASS may be considered a major milestone in satellite-based positioning, because it can dramatically improve the reliability and productivity of said positioning. However, unlike GPS, GLONASS satellites transmit signals at different frequencies, which result in significant complexity in terms of modeling and ambiguity resolution for integrated GPS and GLONASS positioning systems. In this paper, a variety of mathematical and stochastic modeling methodologies and ambiguity resolution strategies are analyzed, and some remaining research challenges are identified. The exercise, of developing mathematical models and processing methodologies for integrated systems based on more than one satellite system, is a valuable one as it identified crucial issues concerned with the combination of any two or more microwave positioning systems, be they satellite-based or terrestrial. Hence these are experiences that can be applied to future projects that might integrate GPS with Galileo, or GLONASS and Galileo, or all three. ? 2001 John Wiley & Sons, Inc.     

GPS数据处理中的坐标系统一问题

针对CGCS2000坐标系的启用,探讨了GPS数据中存在的坐标系统一问题,这些问题主要有：GPS基线向量坐标框架的统一、基线向量历元的统一、基线向量影响的量级分析和起算坐标的兼容性分析,并给出了相应的数学模型及适用条件。     

浅谈地球坐标系及2000国家大地坐标系

介绍了地球坐标参考系统和国际地球参考系及参考框架;阐述了2000国家大地坐标系,指出2000国家大地坐标系可按精度划分为国家级连续运行基准站、GPSA、B级网、天文大地网三个层次。