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。     

轨道面旋转角对GEO卫星广播星历参数拟合的影响

广播星历参数拟合是建立卫星导航系统的一项关键技术,星历用户算法的简洁高效直接决定了用户导航定位的效率。在基于GEO、IGSO和MEO三类卫星的北斗二代导航定位系统中,GEO卫星的广播星历参数拟合是迫切需要解决的难点之一。基于广播星历参数的最小二乘解法,推导出了轨道面旋转角对广播星历参数的影响表达式,分析了轨道面旋转角的大小对广播星历参数拟合稳定性的影响。计算结果表明,通过增加轨道面旋转角不仅很好地解决了GEO卫星广播星历参数超限的问题,而且确保了广播星历参数拟合算法的精度和可靠性。     

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...     

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。     

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。     

一种新的亚米级星载GPS伪距实时定轨方法

提出了一种新的星载GPS实时定轨方法,该方法以伪距作为主要观测值,通过在卡尔曼滤波模型中设置参数来吸收广播星历中的轨道误差与钟误差,从而实现亚米级精度的实时定轨。采用自主研制的实时定轨软件SATODS对GRACE-A卫星的实测数据模拟实时处理,结果表明:采用本文方法后,实时定轨的位置精度和速度精度(3DRMS)分别可达0.4~0.6 m与0.4~0.6 mm/s;相比于传统的伪距实时定轨精度可提高40%。     

关于广播星历插值精度的研究

导航星座的位置速度通过广播星历播发,在每个历元利用星历推算导航星座参数是基本方法,但这种方式未有效利用导航星座的轨道特性,且计算量较为庞大,因此工程上通常通过插值来简化运算。在插值算法中,时间间隔的选取非常重要,间隔过长会引入较大的插值误差,过短则失去插值的意义。文中根据实测数据对北斗导航系统各类卫星广播星历进行拉格朗日插值,并选取不同时间间隔分析插值误差的变化特征。综合考虑计算复杂度和插值误差,插值间隔选择30s~90s为最优方案。     

北斗在轨卫星广播星历精度分析

为分析北斗广播星历的精度,采用激光测距资料和精密星历作为参考进行分析。由于没有提供BDS-3试验卫星精密星历,本文设计了3天弧段的DBS-3试验卫星精密定轨试验,解算的轨道精度约为50 cm,钟差精度约为2 ns。之后联合国际GNSS监测评估系统iGMAS发布的事后BDS-2精密星历,对BDS-3/BDS-2广播星历轨道、钟差精度进行分析。为准确评估广播星历轨道精度,还采用SLR观测数据作为外部检核手段分析北斗在轨卫星广播星历轨道精度。统计了广播星历轨道误差的1D RMS和钟差误差的STD,结果表明：多数钟差精度优于 10 ns ,轨道精度优于5 m。另外为分析广播星历卫星钟的时频性能,计算了在轨卫星钟差的频率稳定度、漂移率和准确度,试验结果表明：BDS-3试验卫星各项性能指标普遍优于BDS-2,频率准确度、频率漂移率和频率稳定性指标计算结果显示BDS-3卫星相对于BDS-2卫星分别提升了42.8%,22.5%,9.5%。     

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。     

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。     

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.     

小偏心率低轨卫星的星历参数拟合法

研究了小偏心率低轨卫星参数拟合理论,数据来源于某星载GPS接收机定位数据。通过对小偏心率近地卫星的轨道根数进行频谱分析,建立了对应的数学模型,用采样数据对数学模型中的参数用最小二乘法进行估计。对算法进行了模拟仿真,结果表明,该方法简单有效,计算速度快,拟合和短时间（10min）预报误差在100m量级。     

一种利用泛函网络进行导航卫星钟差预报的方法研究

为提高导航卫星钟差预报的精度和实时性,提出一种基于多项式和泛函网络相结合的钟差预报方法。该方法首先根据卫星钟的物理特性用多项式进行拟合,并用泛函网络对多项式拟合残差进行建模,其中泛函网络的结构是通过小波降噪及相空间重构的方法确定。最后以GPS卫星为例,进行四组短期预报实验。结果表明,所提方法能够实时有效地对导航卫星钟差进行拟合和预报,且精度优于IGUP星历。     

中长期轨道预报中大气阻力系数补偿算法的研究

利用地磁平静期的CHAMP卫星精密星历对多个弧段的大气阻力系数进行解算,找到了适用于轨道预报的最优系数,分析了最优阻力系数与地磁指数、迹向残差的关系,利用线性回归分析建立了大气阻力系数补偿算法。针对中长期轨道预报的需求,该算法能够降低定轨弧段较短条件下阻力系数的解算误差。将该补偿算法应用于不同时期CHAMP卫星和天宫一号的轨道预报,验证了该算法的正确性和普遍适用性,结果表明预报精度能够提高20%以上。     

利用GPS非差观测值的GRACE卫星精密定轨

参照GPS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）模型设计了一种新的卫星定轨方法一组合星载加速度计测量数据和IGS提供的GPS精密星历及精密钟差数据进行低轨卫星的精密定轨。利用星载加速度计提高卫星受力模型准确性，使动力法定轨精度和可靠性都得到提升。同时，采用多种改正技术提高GPS非差观测值测量精度，保证最终高精度卫星定轨。本文建立了卫星定轨的轨道滤波模型，得出了有益的结论，即采用星载加速度计测量卫星非保守力可提高卫星定轨精度，在ITRF2000参考系下三轴精度优于18cm。这种方法不需要在全球建市基准观测站．定轨设备简单．费用低廉．