星载GPS相位非差低轨卫星定轨及其精度分析

星载GPS相位非差低轨卫星事后精密定轨无需考虑复杂的动力学模型和地面资料,只需低轨卫星上的GPS观测资料和IGS的GPS精密星历产品,而且对于不同高度的卫星定轨都适用,计算简单、方便,能快速、高精度地确定轨道,同时还能确定部分动力学参数。本文在研究相位非差定轨方法基础上,对低轨卫星的误差影响及其处理措施进行探讨,给出了GPS相位非差定轨流程,编写了相应的定轨软件（SHKINE）,并利用CHAMP卫星资料对定轨的可靠性和精度进行分析,表明：利用自行编写的SHKINE定轨软件对CHAMP卫星定轨,3个方向坐标精度为10cm-20cm,点位精度为30cm-40cm,能满足一般定轨要求,是一种简单方便、行之有效的定轨方法。     

BDS-3观测数据质量分析及精密定轨

当前,北斗卫星导航定位系统正处于快速发展阶段,在全球GNSS卫星导航定位领域中受到了越来越多的关注,分析BDS-3卫星观测数据质量以及钟差性能对中国北斗导航事业的发展与应用具有重要意义。深入分析了IGMAS监测站BDS-3卫星的数据质量,同时采用现有的观测数据进行了BDS-3卫星三天弧段的定轨实验。结果表明,轨道重叠弧段1D RMS径向优于20cm,钟差重叠弧段STD精度优于1ns。为准确掌握BDS-3卫星钟差的时频特性,利用估计的钟差数据计算了BDS-3卫星钟差频率稳定性指标,其千秒稳定度、万秒稳定度和日稳定度分别为4.64×10-13、8.55×10-14和1.28×10-14,相对于BDS-2系统最高提升了25.89%。     

影响奔月飞行器定轨精度的误差源分析

以探月工程为背景,讨论在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟方法对影响奔月飞行器定轨精度的误差源进行分析。重点考察了观测量精度、初始时刻先验轨道误差、测量船点位误差以及观测资料类型等对奔月飞行器定轨精度的影响。结果表明提高观测量精度和减小测量船点位误差将有助于提高定轨精度,以及采用USB测距、测速和VLBI时延、时延率联合定轨能够提高定轨和轨道预报精度。     

影响环月飞行器定轨精度的误差源分析

以我国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背案,在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟的方法对影响环月飞行器定轨精度的误差源进行了初步探讨和分析。重点考察了月球重力场误差、观测量精度、初始时刻的先验轨道误差以及观测资料类型等对环月飞行器定轨精度的影响。     

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统(GNSS)超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准.基于天地协同定位、导航与授时(PNT)网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价.介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略.最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距(SLR)检核3种方式对定轨结果进行了精度评价.结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根(RMS)误差整体在2～5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10～15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1～3 cm水平,标准差在3～6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求.     

低仰角大气折射误差对初轨精度的影响分析

针对在交会对接任务中测量船使用的电波折射经验模型存在低仰角跟踪测量修正精度差的问题提出改进思路,在模型中引入基于天顶延迟的拟合算法优化修正模型,提高了船载雷达低仰角跟踪时距离的修正精度,满足了测量船数据处理的精度需求.用新方法处理数据,计算的轨道根数半长轴外符合误差平均降低了605 m,有效提高了测量船定轨精度.     

锚固站数量及布局对导航星座自主定轨影响分析

针对导航星座自主定轨中的星座整体旋转问题,采用增设少量地面锚固站的方法可有效解决该问题。通过推导星地距离对卫星轨道升交点赤经的偏导数,证明了星地距离对卫星轨道升交点赤经可观。仅考虑在我国大陆范围内布设锚固站的条件下,仿真分析了锚固站数量以及布局对导航星座自主定轨精度的影响。仿真实验结果表明:采用3个以上的锚固站,即可有效控制星座整体旋转,在14d的仿真时段内卫星自主定轨精度保持4m以内;锚固站数量越多,自主定轨精度越高,但随着锚固站数量的增加,自主定轨精度改善程度越来越小;在保持4个锚固站的情形下,采用不同的锚固站布局方案,自主定轨精度并无明显差别。     

利用改正数信息的北斗三号实时精密单点定位及性能分析

北斗三号全球卫星导航系统已正式建成并开通服务。为了利用实时改正数信息系统地揭示北斗三号精密单点定位性能,并为用户提供理论依据和应用参考,首先解算了卫星实时精密轨道、钟差及其改正数,分析了其精度。然后基于实时改正数信息,利用监测站广播星历和观测数据,分别进行了双频静态、双频仿动态、单频静态和单频仿动态仿实时精密单点定位,以评估其性能。结果表明：北斗三号MEO卫星实时轨道和钟差精度均值分别约为12cm和0.2ns,满足实时精密单点定位需求。静态实时精密单点定位精度优于动态,双频优于单频,均可达到分米级。对于定位收敛时间,双频静态最短,约为40min;双频动态和单频静态均约为85min;单频动态最长,约为120min。     

基于多模PPP-AR技术的大气水汽探测性能分析

精密单点定位（precise point positioning,PPP）反演大气可降水量（precipitable water vapor,PWV）具有精度高、实时性强等优点,能够在灾害监测、降雨预报及探测降水信息等方面发挥重要作用。为评估整周模糊度固定模式下PPP-AR（PPP ambiguity resolution）反演PWV的性能,选取全球范围16个MGEX站2022年4个时段的观测数据,采用最终精密星历解算,设置不同星座组合（GPS,BDS-3,GPS+BDS-3,GPS+GLO+GAL+BDS-3）获取对流层延迟（zenith total delay,ZTD）估值,并转换为PWV。从PPP-ZTD与IGS-ZTD的相关性、PPP-ZTD收敛时间、ZTD估值精度和PPP-PWV估值精度4个方面评价多模PPP-AR探测水汽的性能。结果表明,与单（G、C）、双系统（GC）固定解相比,多系统（GREC）固定解获取ZTD估值更加精确,相关系数更高。相较于单、双系统,多系统具有更快的收敛速度,收敛时间分别缩短了27%,25%和20%,多系统固定解与浮点解相比收敛时间缩短11%。此外,对GNSS PPP反演的PWV与探空站PWV（RS-PWV）进行对比,结果表明,WUH2站与HOB2站单、双、多系统固定解、多系统浮点解（float-GREC）的平均均方根误差分别为6.40 mm,6.48 mm,6.19 mm,6.17 mm,6.19 mm和5.82 mm,5.77 mm,5.72 mm,5.62 mm,5.70 mm。多模下得到的PWV估值精度最高,可为高精度的水汽反演提供支持。     

北斗三号系统卫星自主完好性监测技术

完好性对于全球卫星导航系统(GNSS)来说至关重要,关乎到其能否被放心应用。卫星自主完好性监测(SAIM)技术,是完好性监测技术发展的前沿趋势,国内外卫星导航系统均竞相发展。介绍了北斗三号系统SAIM技术设计与实现的重要意义,从功能设计和实现原理两个方面,阐述了北斗三号SAIM技术体制。针对SAIM实际在轨监测数据的正态分布特性服从程度和长期稳定性等问题,随机选取某一颗中圆轨道(MEO)卫星自2020年7月31日北斗三号系统正式开通服务以来至2021年7月31日连续1年期间的监测数据,得到真实在轨监测数据的分布特性。最后,提出了告警门限优化、分级告警策略设计、星历完好性自主监测等方面的后续发展必要性建议,旨在为北斗系统更好地为全球用户提供更优质的完好性服务提供参考。     

面向燃气电站的室内外判别及一体化多源融合人员定位方法

针对燃气电站金属结构多、设备密集及安全管理要求高等特点,结合燃气电站安全管理对人员定位精度高和稳定可靠等要求,提出了一种面向燃气电站的室内外判别以及一体化多源融合定位方法.室内外判别方法综合卫星高度角以及信号信噪比设计了一种判别指标,基于该指标设定合理阈值,可实现人员室内外判别.考虑到室外装置区附近容易受金属干扰和遮挡影响卫星定位的问题,提出了一种多源融合定位方法,将卫星定位与微惯性系统、地磁定位及蓝牙无线信号进行融合,实现了在复杂工业场景下的稳定可靠定位.该方法计算量小、定位连续且定位精度高.最后采用智能手机在实际场景进行了验证,结果表明,室内外切换准确,切换时间小于3 s,室内定位误差1.35 m,室外定位误差3.6 m.     

面向导航增强的低轨卫星钟差确定及预报方法研究

低轨导航增强是未来导航发展的重要趋势,而高精度低轨卫星钟差是实现低轨导航增强的必要条件.基于Sentinel-6A卫星,对低轨卫星钟差特性进行了分析,给出了钟差确定方法及影响因素,介绍了顾及钟差特性的低轨卫星钟差预报方法.实验表明,低轨卫星钟差含有多个周期项,给低轨卫星建模和预报带来了困难.与使用运动学定轨模型相比,基于简化动力学的定轨模型可显著提升低轨卫星钟差精度;当基于运动学模型确定低轨卫星钟差时,相较于使用GPS单系统数据,多GNSS观测数据可提升低轨卫星钟差精度.研究表明,基于GPS和Galileo观测的Sen-tinel-6A卫星钟差精度相较于GPS单系统钟差精度改善了 36％,同时,所使用的GNSS产品精度与低轨卫星钟差精度密切相关.利用顾及卫星钟差特性的低轨卫星钟差预报方法,当预报时长小于1 min,低轨卫星钟差预报精度(预报与解算值之差的RMSE)在0.1 ns之内,当预报时长小于5 min,预报精度在0.3 ns之内,随着预报时长的增长,预报精度显著下降.     

北斗接收机伪距与伪距率的计算及其误差补偿

接收机伪距与伪距率的计算和误差补偿是进行北斗系统应用开发的关键之一。本文利用北斗卫星播发的星历等导航电文数据,计算得到北斗卫星位置与速度等信息,对接收机伪距误差补偿,并计算得到伪距率。利用卫星的位置、速度,得到伪距和伪距率的误差值,验证了伪距和伪距率的有效性。     

BDS-3多种授时方法精度试验及比较分析

北斗卫星导航系统(BDS)本质上是一个高精度时间空间信息服务系统,是我国 自主运行的重要空间基础设施.BDS-3已于2020年7月正式开通,向广大用户提供RNSS、SBAS、RDSS单向和RDSS双向等多种授时服务.针对BDS-3提供的各种授时服务进行了简要介绍,详细讨论了各种授时方法,并利用实测数据进行了试验验证和比较分析.结果表明,BDS-3授时服务精度全部优于公布的指标要求,其中精度最高的SBAS授时方法精度可达2ns左右,RDSS双向授时精度和RNSS授时精度相当,达到9ns左右,RDSS单向授时精度最差,在15～30ns左右.     

HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差.随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段.首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度.其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC).然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟.最后,评估了 HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响.实验结果表明:HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小.     

基于ISM参数偏差阶梯式变化的ARAIM可用性

针对双频多星座全球卫星导航系统提供垂直引导服务的先进接收机端完好性监测技术(ARAIM)是当前完好性研究的重要热点之一,完好性支持信息(ISM)是实现ARAIM可用性的核心内容。为了探讨ARAIM可用性对ISM参数偏差的敏感度,在梳理ISM各参数和ARAIM性能关系的基础上,研究了基于阶梯式变化的ISM参数偏差对ARAIM可用性的影响情况。研究结果表明,ARAIM算法的四种可用性判据对ISM参数偏差表现出不同的耐受性,ISM各参数偏差对ARAIM可用性影响差异较大,且ISM参数中的用户测距精度(URA)对ARAIM可用性的影响最为明显,可造成大于10%的严重影响。     

全球精密单点定位性能评估

随着中国北斗三号卫星导航系统（BDS-3）全面建成与开通,北斗卫星导航系统已步入了新发展阶段,基于BDS-3实现全方位、多层次、高精度应用已成为地学研究中一项基本任务。利用全球最新均匀分布的10个MGEX跟踪站,分别从24 h内接收到的卫星数、卫星位置精度因子（PDOP）、卫星数据解算完整率和双频非组合精密单点定位（PPP）静态/动态定位精度等方面系统深入地评估了BDS-3在全球范围内的可用性。结果表明,测站对卫星跟踪能力与配备的接收机类型和区域位置有强相关性,单BDS-3卫星在全球范围内具有较强的连续定位能力,当使用SEPT POLARX5和JAVAD TRE_3接收机的情况下,数据解算完整率可达100%。此外,水平方向和高程方向定位精度分别优于2 cm和3 cm,并且在联合使用BDS-2和BDS-3定位的条件下,可使得静态定位精度在东、北和高程方向进一步提升37.6%,25.3%和38.9%。