基于无奇异变换的卫星广播星历拟合算法

针对导航卫星轨道偏心率近似为0,致使卫星轨道的近地点角距定义模糊,在数据拟合过程中会导致法矩阵（H^TH）奇异的问题,本文提出基于无奇异变换的广播星历参数拟合算法,引入无奇异轨道根数代替经典开普勒根数,推导了空间目标位置矢量对基于无奇异轨道根数的广播星历参数偏导数矩阵,利用变换后的观测方程迭代拟合得到改进广播星历参数,再将结果归一化到基于开普勒根数的广播星历参数。最后利用仿真算例验证了所推公式和算法的合理性。     

一类适用于各种轨道类型的导航卫星广播星历研究

导航卫星广播星历是卫星导航定位的基础,要求有较高的精度和实时性。GPS和GLONASS广播星历形式适合于某一类卫星轨道,但存在一定局限性。利用切比雪夫多项式拟合导航卫星轨道,拟合系数作为广播星历的参数发布,这是一种新的广播星历形式,可作为各种轨道类型的导航卫星的广播星历参数,而且具有精度高、计算速度快等特点。     

第一类无奇点变量的广播星历参数拟合算法

广播星历参数是卫星导航电文的重要内容,一般通过对精密星历进行参数拟合得到,广播星历参数的拟合大多采用基于开普勒根数形式的广播星历参数拟合算法,研究表明,该方法在小偏心率轨道情形下,拟合精度较差。文章给出了基于第一类无奇点变量形式的广播星历参数拟合算法,仿真结果表明,采用第一类无奇点变量,可以有效解决小偏心率引起的拟合精...     

一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法

星载GNSS接收机在低轨卫星自主导航和精密定轨等应用领域已经显示了高精度、高自主性、不依赖地面支持等技术优势。对于高轨卫星应用，星载GNSS接收机面临一些新的挑战。由于需要接收来自地球另外一侧的GNSS旁瓣信号，使得用户等效测距误差和几何分布因子恶化，引起标准定位性能下降。特别的，对于只能使用GNSS广播星历的实时自主导航应用，GNSS广播星历引入了非白噪声特性的用户测距误差。其难以被经典的EKF滤波方法平滑，限制了自主导航定位精度。文章研究一种基于星载GNSS接收机的高轨卫星自主导航滤波算法，该算法使用增强扩展卡尔曼滤波器（Augmented EKF）融合轨道动力学模型与GNSS观测数据，并对GNSS广播星历引入的系统性误差进行动态估计以削弱其对最终导航定位的影响。最后，通过仿真平台进行了算法验证。仿真结果显示，使用单GPS可在GEO轨道达到优于10米（3D RMS）的导航定位精度。文章提出的方法达到与国际先进产品同等精度，可用于高轨卫星高精度自主导航。     

改进的卫星广播星历参数模型及其算法

考虑导航卫星受地球周期性的摄动力影响,提出了一种改进的导航卫星星历参数模型,给出了模型参数的计算方法和用该模型外推卫星轨道的计算步骤。仿真计算结果表明：该广播星历参数模型外推能力强,可较好地拟合卫星运动轨道。     

第二类无奇点根数的北斗历书参数设计

为统一北斗三类卫星的历书拟合算法,提出基于第二类无奇点根数进行历书参数设计的方法,设计了以倾角向量变率作为摄动参数的历书参数模型,并给出新的历书模型的用户使用算法。利用覆盖2013年全年的实际在轨卫星的数值轨道进行了历书拟合试验。结果表明,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的拟合位置误差为2~4km,拟合用户距离误差（URE）约为1km,中圆地球轨道（MEO）卫星的拟合位置误差为1~2km,拟合URE约为500m。通过分析6个轨道根数和2个摄动参数全年的变化范围,对新历书模型进行量化单位和占用比特位的通信接口设计,定量分析量化单位对历书表达精度的影响。结果表明,参数截断后对位置误差的影响小于50m,对URE误差的影响小于5m。因此,历书量化误差对信号捕获以及首次定位时间带来的影响可以忽略不计。     

一种24参数GPS广播星历方案研究

针对进一步降低广播星历拟合误差,文章提出了一种改进的GPS 24参数广播星历,并给出了广播星历的改进算法。实验结果表明:对于4h拟合长度,GPS全星座所有卫星、所有弧段的三维位置拟合性能均有显著提升,三维位置拟合误差的均方根值和最大值分别降低87%和47%,以三维位置拟合误差的均方根值作为评价指标,改进的GPS 24参数广播星历拟合精度达到毫米级。     

增强型轨道列表星历及其在北斗混合星座中的应用

为了改进北斗卫星数小时内的力模型精度,分析日月引力摄动和光压摄动的短期变化特性,提出基于二次多项式逼近日月引力摄动的15参数增强型轨道列表星历模型。利用该星历模型对北斗的5 GEO + 5 IGSO + 4 MEO混合星座进行了为期11天的星历拟合实验。结果表明,三类卫星在非地影期的2小时星历拟合精度优于1 cm。增强型轨道列表星历模型没有轨道根数的潜在奇点问题,能够为我国北斗星座和星基增强系统提供更多可行的星历模型选择。     

国外卫星导航星基增强系统发展概况

单纯依靠卫星导航系统,哪怕是目前定位精度最高的GPS系统,也无法满足一些对定位精度要求比较高的应用需求,比如航空领域的飞机精密进近等。因此,针对这一需求,尤其是来自航空业的迫切需要,许多国家都发展了自己的卫星导航增强系统。星基增强系统(Satellite-Based Augmentation System,SBAS)通过地球静止轨道(GEO)卫星搭载卫星导航增强信号转发器,可以向用户播发星历误     

基于用户星地固系位置速度数据的GEO终端天线指向算法

文章通过用户星地固系位置、速度数据和GEO卫星6根轨道参数,在星载控制器上计算用户星GEO终端天线的指向角度。该算法已在星上成功应用,指向精度和运算速度满足星上使用要求。     

An algorithm for estimation and separation of ephemeris and clock errors in SBAS

The estimation and separation of ephemeris and clock errors is an integral part of a SBAS (Space Based Augmentation System). Generally, the global solution is based on the full state approach for satellite errors (ephemeris and clock) and station errors, using a large least square estimator; or the other way is to sequentially estimate the ephemeris and clock through a Kalman filter, using a complex model of the satellite dynamics. In this paper, the estimation and separation of ephemeris and clock errors is addressed through a unique approach of combining both the methods. The algorithm employs measurements, which are pre-processed for various errors and known biases. A single difference technique is used to separately estimate the ephemeris and clock components. The ephemeris Kalman filter uses a priori information of ephemeris errors along with measurements through a minimum variance estimator to provide ephemeris error estimate. A similar approach is adopted in the clock error estimation process, to provide clock and clock rate estimates. The algorithm results are presented using simulated data for known errors in ephemeris/clock and subsequent retrieval. This algorithm estimates these errors as corrections to the broadcast Global Positioning System (GPS) navigation data, required by a SBAS user for accuracy improvement.     

卫星定位导航算法研究中卫星运动参数及导航星选取的仿真

在卫星定位导航系统的定位算法研究过程中，导航卫星星座中各卫星的运动参数，包括位置和速度参数，是进行研究的基础。因此在这一过程中，必须根据需要生成仿真卫星运动参数。针对定位卫星星座的特点，推导了适用于进行算法研究的导航卫星运动参数的仿真公式。在此基础上，依据卫星定位用户工作的方式特点，给出了一种判断用户机可视卫星的公式。作为算例，最后给出了以ＧＰＳ参数为基础的导航卫星星座运动参数的仿真结果     

星钟和星历误差分离的广域差分新方法

针对WAAS等传统的广域差分方法存在DOP值太大和要求基准站时 间严格同步等问题,提出了星钟和星历误差相对分离的广域差分新方法。提出的相对分离理 论包括以所有卫星的广播星历为基准的星钟误差的相对分离,以各卫星星钟误差相对分离结 果为基准的相对星历误差分离和固定偏差的星钟二次修正三部分,其可简单归纳为星钟-星 历-星钟的修正思路。这种方法除无需基准站同步外,用户定位比WAAS准。理论论证和算例 仿真证明这种理论是科学的,对建设各种卫星导航系统的差分增强系统均是适用的。