GPS 16参数广播星历改进参数的变化规律分析

在2004年发布的GPS界面接口控制文档中提出一种对GPS 16参数广播星历进行改进的GPS 18参数广播星历.本文介绍了GPS 16参数广播星历的拟合算法，对两类GPS广播星历参数进行比较，分析了改进参数的变化规律及特性.计算结果表明，GPS 16参数广播星历的改进参数具有明显的约12h和13.5d的周期变化特性，新提出的GPS 18参数广播星历能够更好地逼近GPS卫星真实轨道.      

混合星座导航卫星广播星历相关问题研究

GPS卫星广播星历参数具有参数少、物理意义明确以及精度高等特点,可以考虑将它应用于包含MEO、IGSO和GEO卫星的混合星座卫星导航系统。分析了采用GPs卫星广播星历参数时MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,并且比较分析了在一个卫星的轨道周期内,广播星历参数拟合结果的变化规律。仿真结果表明,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合误差最大在分米量级;MEO和IGSO卫星在一个轨道周期内星历参数拟合结果的变化规律相近,但是与GEO卫星的差异较大。     

导航卫星广播星历误差特性频域分析及预报模型

广播星历误差是影响卫星导航用户定位精度的重要因素之一。文章以GPS为例,应用误差频谱分析方法对GPS广播星历在频域内的误差特性进行分析,利用频谱分析模型及其与AR的混合模型对星历误差进行预报。分析结果表明,GPS广播星历具有明显的周期变化;频谱分析模型可以发现星历误差的主要周期变化,但预报精度不高;频谱分析和AR混合模型预报精度较高,经过误差补偿后,广播星历精度在0.5m以内(1σ)。     

基于位置观测的北斗广播星历速度精度分析

利用广播星历计算导航卫星的速度向量是GNSS高精度实时测速的必要条件.本文分析了仅以卫星位置向量为观测量的北斗广播星历的速度计算精度.从广播星历拟合过程出发,推导了北斗18参数模型的速度向量计算公式.基于北斗13颗在轨卫星一年的实际轨道数据,分析了全年广播星历计算卫星速度向量的精度.结果表明,利用18参数模型计算的速度误差最大在10-4m·-1量级;在相同拟合时段条件下,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星的速度精度相当,高于中圆地球轨道（MEO）卫星.通过对位置残差序列分析,得出位置残差误差较小且变化趋势平稳是广播星历计算速度精度较高的原因.分析和计算结果验证了仅用位置观测量拟合北斗广播星历算法的有效性.      

基于GPS的地球资源卫星精密星历外推新方法

随着技术的发展,通过星载GPS接收机直接确定卫星星历成为卫星定位的一个重要手段.GPS接收机获取的卫星星历数据是某一时刻的瞬时状态,要获取连续的卫星星历数据还需要进一步处理.常用的处理方法有几何法与动力学法.在GPS接收机给定瞬时星历频率较低的情况下,几何法的计算误差比较大,特别是只有一组瞬时星历时,无法用几何法进行轨道的外推.在分析地球资源卫星轨道特点的基础上,提出一种新的轨道缩减动力模型,该模型将卫星运动在直角坐标系中分解为简谐运动,利用模型实现了轨道外推的算法.通过试验验证,该算法可以达到较高的精度.      

高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成

为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.     

辅助式GPS接收机信号发射时间恢复算法研究

当GPS接收机无法进行位同步、帧同步以及导航电文解调时, GPS接收机无法恢复卫星信号发射时间. 为解决该问题, 对基于迭代最小二乘的发射时间恢复算法进行了研究, 利用辅助GPS接收机中无线通信网络提供的卫星星历、卫星修正参数等辅助信息, 结合信号发射时间模糊度的遍历搜索, 完成了信号发射时间的恢复. 详细讨论了算法及其成立条件, 给出算法流程, 并推导出搜索因子的不同选取方案, 使该算法对接收机初始位置误差(150km)和初始时间误差(180s)没有限制. 通过仿真验证了算法的有效性.      

基于实时SSR数据的LEO卫星精密单点定位研究

对目前低轨卫星实时定位的方法进行了研究,现在通常采用GPS定位,使用广播星历和普通晶振,实时定位精度一般在10m以内,不能满足高精度实时定位的需求。IGS组织在全球范围内对GPS跟踪分析,生成精密星历、精密钟差产品、按SSR格式的广播星历和钟差修正产品并在网上发布。对这些IGS产品进行了调查,提出在现有测控支持情况下,可以通过高密度上注SSR信息流实现在轨高精度定位。以某型号低轨微小卫星在轨导航增强载荷为应用背景,用IGS03产品中的1057和1058数据对双频GPS接收机的星历和钟差进行修正,采用递推最小二乘估计和LAMDA模糊度固定过对载波相位和伪距信息进行处理,在短时间内获得亚米级定位结果。     

一种高精度实时GPS卫星钟差预测算法

为获得高精度实时GPS卫星钟差,文章提出一种基于多项式和最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machines,LS-SVM)相结合的钟差预报方法.该方法采用国际GNSS服务发布的超快速观测星历建模进行短期预报,首先根据卫星钟的物理特性用附有周期项的多项式模型进行拟合以提取趋势项和周期项,然后用LS-SVM对多项式拟合残差进行建模预报,最后将预报结果加上趋势项和周期项,得到最终的钟差预报值.试验结果表明,所提算法能够实时有效地对GPS卫星钟差进行预报,且精度优于超快速预报星历.     

基于电推力器进行南北位置保持的一种地球同步轨道注入参数方法

摘要： 电推力器在静止轨道卫星上应用越来越广泛,特别是基于电推力器进行南北位置保持,可以有效节省推进剂.提出改进的GPS星历参数解析算法,在此基础上考虑包含电推力模型在内多摄动项模型进行地面精密轨道计算,采用微分修正法,提出一种地球同步轨道注入参数方法,该方法可应用于星上自主完成基于电推力器的南北位置保持.仿真算例表明使用该方法得到的轨道注入参数,卫星能够在保证姿态确定精度的同时,完成南北位置保持任务.     

Precise coseismic displacements from the GPS variometric approach using different precise products: Application to the 2008 MW 7.9 Wenchuan earthquake

The Global Positioning System (GPS) variometric approach has emerged as an attractive alternative to traditional well-developed positioning techniques including relative positioning and precise point positioning. Previous studies have demonstrated the capability of the variometric approach to retrieve coseismic displacements at centimeter-level precision, in a real-time manner using only readily available broadcast ephemeris. This study presents the first results comparing the performance of the variometric approach by using a variety of precise satellite orbit and clock products. Totally six kinds of products are included in our evaluation, namely the broadcast, IGS (International GNSS Service) ultra-rapid (predicted), ultra-rapid (observed), rapid, final (30-s clock) and CODE (Center for Orbit Determination in Europe) final (5-s clock) products. Static and dynamic experiments are conducted using 1-Hz GPS data covering a relatively large area in China during the 2008 Wenchuan M_W 7.9 earthquake. After removing the linear trend, the displacements using broadcast, ultra-rapid (predicted), ultra-rapid (observed) and rapid products reach nearly equivalent precisions at centimeter level. By using final and CODE final products, the precision of displacements can be significantly improved from 1.9–2.0 cm to 0.4–0.7 cm horizontally, and from 6.0–6.2 cm to 1.0–1.7 cm vertically for the dynamic experiments. The displacements using the CODE final products achieve the best precision, improved by more than 40% compared to those using the IGS final products. With the availability of IGS high-rate real-time precise products, this approach is promising to capture coseismic displacements more precisely in real time, which is crucial for earthquake and tsunami early warning.     

基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法

差分码偏差（Differential Code Biases,DCB）参数作为导航电文中重要的一项,是影响用户PNT服务的主要误差源之一。北斗卫星导航系统（后文简称“北斗系统”）发射三个频点的导航信号,在导航电文中需要发播卫星的2个TGD（Timing Group Delay）参数。文章首先介绍了北斗系统卫星DCB参数最小二乘解算与形式误差评估;其次根据北斗系统三频特点,提出了不同频点组合计算垂直方向电离层电子总含量（VTEC）互差的DCB精度定量评估方法,并与IGS(International GNSS Service)提供的GPS卫星DCB精度进行比较;最后,详细分析了DCB参数精度对用户等效距离误差（UERE）计算和定位计算的影响,分别采用卫星出场标定DCB参数和经过解算DCB参数进行评估。实测数据分析结果表明,北斗系统卫星DCB参数解算形式误差与IGS解算GPS卫星DCB参数形式误差相当,但受卫星类型和解算测站的几何分布限制,北斗系统卫星DCB参数解算不确定度相比IGS略差,估计精度优于0.5ns,不同频率组合计算VTEC互差绝对值均值优于0.6TECU。相比采用卫星出场标定值,采用系统解算DCB参数后,双频用户三维位置误差改善13.80%～47.42%。     

GPS导航电文参数表示的测距误差分析

针对在GPS现代化进程中将出现的新的CNAV/CNAV-2导航电文格式,比较了目前发播的GPS NAV导航电文与新电文在数据表达方式上的差别.为了衡量不同的数据截断方式对于导航定位的影响,引用导航数据截断测距误差的概念进行分析.利用实际的导航数据对于两种电文结构进行了仿真生成、处理,比较星历/星钟参数截断带来的测距误差影响.结果表明:相比于NAV电文,CNAV/CNAV-2由于截断所造成的测距误差更小,NAV电文对截断误差更敏感.其中星历参数截断的测距误差改善可达厘米级,星钟参数截断的测距误差改善可达分米级.因此,在带宽有限的条件下应优先考虑提高星钟参数的表示精度.改进星钟参数的表达形式可望获得更高的精度提升.     

Autonomous broadcast ephemeris improvement for GNSS using inter-satellite ranging measurements

This paper discusses the concept of using inter-satellite ranging (ISR) measurements of the satellites of a Global Navigation Satellite System (GNSS) for autonomous broadcast ephemeris improvement. Firstly the inter-satellite ranging is modeled to obtain the clock and orbit error observables. The orbit error observable is analyzed and its observation equation is provided. Both least-squares estimation and Kalman Filter approach are proposed to estimate satellite clock errors, while solely the Kalman Filter is used to estimate the orbit errors. All these algorithms are validated using true broadcast ephemeris and precise ephemeris of GPS along with the simulated ranging noise. Based on the settings adopted in the test, the result shows that the orbit accuracy of the precise ephemeris using the proposed method is around 20–50 cm and the accuracy of the satellite clock can reach 20 cm while ranging noise is assumed to be 0.45 m (1σ). The User Ranging Error (URE) is improved from 1.05 m to 0.34 m, which is comparable to other sources of precise ephemeris or even better, while the proposed approach has many advantages such as compatibility and accessibility. It is also noted that the proposed method may provide useful functions in determining inter-constellation coordinate and time differences autonomously for better interoperability and interchangeability in the multi GNSS operation era.