北斗高精度长弧历书模型设计

历书参数可同时用于辅助常规导航和自主导航的信号捕获。延长历书参数的有效期不但可以使地面接收机启动时充分利用历书数据,对于基于星间链路观测的自主导航,历书参数的有效期还决定了地面注入历书的频度和占用的星上存储资源。通过对北斗3类导航卫星主要摄动力及其对轨道根数的长期项和长周期项的影响分析,设计了以6个轨道根数和5个摄动参数为播发参数的历书拟合模型。以一个自主运行周期90 d为时间尺度,对北斗在轨卫星进行了长弧段历书拟合试验,并同时分析了卫星位置和速度的拟合精度。结果表明新的历书拟合模型提高了历书拟合的精度,尤其对于地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星,拟合精度提高显著。对于GEO和IGSO卫星,位置拟合误差大约从200 km降低至十几千米甚至几千米,速度拟合误差大约从15 m/s降低至0.6 m/s,新方法拟合精度提高了约20~30倍;对于中圆地球轨道卫星,无论采用哪种历书模型,位置拟合误差都在5 km左右,速度拟合误差都在0.6 m/s左右,新方法拟合精度提高约15%。针对星间链路卫星10 km位置误差上限的使用需求,对比了新老历书模型的拟合弧长,常规模型最大拟合弧长约为14 d,而新历书模型的最大拟合弧长可延长至45 d,新历书模型延长了历书使用期限,优化了北斗历书模型设计。     

北斗三号与北斗二号基本导航电文参数比较

针对北斗二号系统和北斗三号系统导航电文播发现状,该文从导航电文结构、导航电文内容和播发方式等方面对二者间的差异进行了比对分析,着重比较分析了卫星星历参数、卫星钟差钟差、数据有效性标识、设备群延迟参数、设备延迟参数、电离层改正、完好性等导航电文参数,并结合导航电文实际应用,给出了广播星历拟合精度、卫星钟差拟合精度、系统定位精度评估结果。结果表明:北斗卫星广播星历拟合残差为厘米级,18参数广播星历拟合精度略优于16参数的拟合精度;加入星间链路钟差后,MEO卫星的钟差测定精度虽与仅星地观测的钟差精度基本相当,但明显提高了卫星钟差预报精度;北斗二号与北斗三号联合定位精度较仅北斗二号卫星定位精度有所提升。     

导航卫星自主定轨中JPL DE星历的简化使用

导航卫星自主定轨中使用原始JPL DE星历不仅数据量较大,而且不容易编码。文中提出了一种简化的星历使用方法,利用对一定间隔的日月位置进行拉格朗日插值,取代原始星历的切比雪夫多项式拟合方法,可以有效减少上行传递的参数个数。通过实验分析得出,在60 d的自主定轨中使用间隔1 d的月球位置和10 d的太阳位置进行插值,可以在保证导航卫星自主定轨精度的基础上,参数个数从404/808个减少为254个。     

广播星历参数拟合算法研究

导航卫星一般采用近圆轨道,当卫星轨道偏心率或者轨道倾角接近于0时,利用GPS卫星开普勒轨道根数拟合卫星广播星历会出现一些问题。当高轨卫星轨道偏心率接近0时,广播星历拟合精度下降甚至拟合失败,为此本文提出了减少拟合参数个数、固定轨道根数M0或者延长星历参数拟合弧段长度的方法;针对GEO卫星在小倾角情况下,广播星历可能拟合失败的情况,本文提出了改变坐标系参考轨道面,在新的坐标系下拟合广播星历的方法。结果表明,改进后的拟合方法能适用于各种类型的导航卫星轨道,拟合精度在cm级或者mm级。     

时变大气模型应用于低轨卫星自主定轨

本文提出对太阳辐射与地磁活动长期预报参数进行修正,以确保参数的时变特性。修正后的参数作为高精度时变大气密度模型的输入,应用于低轨卫星自主定轨,保证大气阻力长时间内的实时自主计算。以CHAMP卫星为对象进行试验分析,结果表明:该方案的自主定轨精度整体优于传统的静态模型;且不会对星上计算效率产生太大影响;时变大气模型应用于低轨卫星自主定轨是可行的。     

一种改进的广播星历模型

GLONASS卫星星历以3个常数表示摄动加速度在各坐标轴上的分量,即认为摄动项在拟合时段内保持不变。这样的摄动模型与实际相差较远,为保证精度,其星历更新间隔短至半个小时。本文提出了针对导航卫星摄动加速度的二次多项式建模法。首先以多项式拟合短时段内的摄动项精度更高,同时选取二次多项式也不会过量增加星历参数个数。为研究该方法在北斗导航系统中的适用性,星历拟合实验选取了三种不同类型的导航卫星:GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星。     

准天顶卫星系统广播星历精度评定和拟合精度分析

实时导航定位中需要利用广播星历实时计算卫星位置,日本建设的准天顶卫星系统(QZSS)计算卫星位置时通过不断迭代提高计算精度,导致实时解算效率降低. 为了保证QZSS广播星历坐标计算精度且提高运算效率,提出利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道. 首先,使用原有方法计算卫星位置,以精密星历为参考,验证QZSS广播星历的卫星坐标精度为米级;然后,针对卫星三维(3D)坐标使用切比雪夫多项式进行拟合,并讨论影响拟合精度的因素,在拟合时间间隔固定时,最优拟合阶数随节点个数增多而增大;不同时间间隔下,不同轨道类型的最优拟合阶数不相等,同一轨道最优拟合阶数相等,但随时间间隔的增大拟合误差也逐渐增大. 结果表明:使用切比雪夫多项式拟合QZSS广播星历时,针对不同的轨道类型选择合适的拟合时间间隔和拟合阶数,其拟合精度和运算效率均可满足需要.      

GPS广播星历参数拟合算法及其分析

利用地面观测资料定轨确定的卫星位置、进而计算出的卫星广播星历参数是进行卫星定位的基础。为了分析卫星星历拟合的精度和效率,推导了由卫星位置拟合GPS卫星广播星历参数的数学模型。并用算例分析了影响拟合效率的因素,分析了卫星位置有误差是对于卫星星历参数的影响。结果验证了所给出的算法的可行性和有效性。     

GPS导航电文核心定位参数发展演变分析

文章总结了GPS空间信号接口控制文件的发展历程,对比了现有3种导航电文类型的电文结构及播发方式, 详细分析了星历参数、钟差参数及完好性参数等核心定位参数的发展演变特点和改进效果. 结果表明:GPS新型导航电文采用增加核心定位参数和减小量化单位的方法,提高了广播星历和钟差产品的精度. 增加两个参数后,地面星历拟合位置误差均方根(RMS)平均值由0.137 m减小为0.025 m. 为适应高精度星历拟合模型,距离量化单位也减小至毫米量级. 通过减小卫星钟差参数的量化单位,预报1 h钟差误差RMS由0.097 m减小至0.042 m.      

GPS广播星历参数拟合算法及其分析

利用地面观测资料定轨确定的卫星位置、进而计算出的卫星广播星历参数是进行卫星定位的基础.为了分析卫星星历拟合的精度和效率,推导了由卫星位置拟合GPS卫星广播星历参数的数学模型.并用算例分析了影响拟合效率的因素,分析了卫星位置有误差是对于卫星星历参数的影响.结果验证了所给出的算法的可行性和有效性.     

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。     

四大GNSS广播星历精度评估与对比分析

分析了 目前广播星历精度评估中存在的问题,详细论述了广播星历精度评估过程中对精密星历进行天线相位中心改正的取值方法,提出了利用单颗星单日钟差均值作二次差对广播星历钟差的系统性偏差进行改正的方法.选取2019-09-01-2019-11-01 共计62天的多模 GNSS 实验(multi-GNSS experiment,...     

基于BDS广播星历的卫星坐标拟合精度分析

针对利用广播星历计算卫星位置时,需反复计算、效率较低的问题。提出利用切比雪夫多项式对广播星历进行卫星轨道拟合,即先计算部分固定时间间隔的卫星坐标作为已知节点,利用不同的拟合阶数,将拟合点与直接法求出的对应点求差,分析其拟合精度。实例表明,只要采取合适的拟合时间间隔和拟合阶数,广播星历拟合精度就可以满足要求。      

基于精密星历的北斗卫星广播星历精度分析

卫星广播星历的精度直接决定用户导航定位的精度。它既是实时用户关心的问题,也是系统建设者检验系统服务水平的重要指标。本文介绍了事后精密星历和卫星激光测距观测量评估广播星历精度的原理和方法,采用事后精密星历评估广播星历的精度,利用激光测距观测量进行精度检核。分析表明：北斗卫星广播星历的视向距离误差优于1m．     

GPS精密星历拟合与插值中龙格现象的处理方法

采用广播星历和精密星历计算卫星位置是GPS定位基础,为确保精度可靠,广播星历由地面控制部分约每2小时更新一次,在对广播星历拟合与插值时有龙格现象发生,本文用Chebyshev和Legendre多项武拟合以及Lagrange、Neville和Newton插值方法对精密星历内插,在对高次多项式拟合与插值数学机理认真分析研究...     

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。