秦显平[1]2003年在《基于SLR技术的卫星精密定轨》文中进行了进一步梳理SLR(Satellite Laser Ranging)技术是现代空间大地测量最先进技术之一，它可以为人造卫星提供精密的距离观测，本文系统地研究了SLR技术在卫星精密定轨中的有关技术问题。首先介绍了基于SLR技术的卫星精密定轨基本原理和方法；然后将抗差估计和方差分量估计引入到卫星精密定轨的数据处理，以控制观测资料的粗差影响，并解决各类观测量的合理加权问题。通过对Lageos2卫星的精密定轨表明，抗差估计有效地减弱了观测资料中粗差的影响，方差分量估计基本解决了观测资料的合理加权问题，从而提高了卫星的定轨精度。 作为SLR技术在卫星精密定轨中的应用，本文根据5年Lageos2的SLR实测资料，分别采用直接法和动力法，计算出了两组相对于ITRF2000参考框架原点的地心运动序列。通过对计算结果的分析，我们发现地心运动存在着近周年和近半年的周期分量，但地心运动的长期变化并不明显。 为了采用SLR观测资料确定GLONASS卫星轨道，本文在原有的定轨软件中加入了与GLONASS卫星有关的力学模型和测量模型，使之能够计算GLONASS卫星轨道。采用SLR实测资料对部分GLONASS卫星进行精密定轨后，将计算结果与CODE轨道进行了比较。通过比较与分析，发现我们采用SLR技术对GLONASS卫星的定轨精度在径向优于10cm，同时，还发现SLR和微波资料确定的GLONASS卫星轨道在径向存在系统性误差，该系统差随卫星轨道面的不同而不同。 综合利用各种观测资料是提高卫星定轨精度的一个有效手段，本文初步探讨了利用GPS伪距资料与SLR资料的综合定轨。文章首先采用非差伪距定轨方法，以GPS伪距资料为观测量对GPS35卫星进行定轨，然后将SLR资料与GPS伪距资料综合起来进行定轨，通过两种定轨方法的比较，我们发现增加SLR资料后，GPS35卫星轨道的径向精度得到了明显的提高，提高的程度不仅与观测值数量有关，而且与观测台站的分布有关。
戴小蕾[2]2016年在《基于平方根信息滤波的GNSS导航卫星实时精密定轨理论与方法》文中提出GNSS技术发展至今,一直致力于为用户提供实时、高精度、高可靠性的导航定位授时服务。GNSS高精度实时定位服务系统作为导航定位系统的有力支撑,通过提供高精度的实时轨道、钟差、电离层产品等信息,使得任何时间全球任何地点的用户可以实现高精度的定位。随着实时产品质量和可靠性的逐步提高,基于全球或区域跟踪网的实时精密定位服务将广泛应用于低轨卫星精密定轨、空间气象监测、地震监测与海啸预警、地球板块运动与动力学研究等多个领域,是目前GNSS应用技术研究的热点之一。稳定可靠的高精度轨道是实现卫星导航高精度定位服务的前提条件。导航定位中卫星位置作为动态基准,其轨道精度将直接影响到用户的定位精度。随着广域范围内实现实时精密厘米级服务的PPP-RTK技术的提出,对卫星轨道位置的实时性和精度提出了更高的要求。由于严重依赖于动力学模型的精度,目前常用的基于轨道预报获得实时轨道的方法存在不足与限制,尤其对于我国目前的区域北斗卫星导航系统,存在轨道力模型精度不高、不同姿态模式切换、轨道机动等因素,预报轨道的精度和可靠性难以保证,迫切需要发展新的实时定轨理论方法、算法模型与软件系统,以提升北斗系统的高精度实时定位服务能力。本文围绕GNSS实时高精度轨道滤波处理中的关键问题展开系统深入的研究。重点解决北斗卫星姿态控制模型建立、地影期间实时轨道确定、轨道机动处理等难点问题,在此基础上提出了采用自适应平方根信息滤波的实时轨道确定方法与策略,研制了基于滤波解算的多系统导航卫星实时精密定轨软件系统,通过实测数据验证了滤波定轨算法模型的正确性以及软件产品的性能。论文的主要研究工作和贡献如下：1)从卫星运动学模型、观测模型和参数估计叁个方面,系统研究了导航卫星实时精密定轨的理论方法,主要包括卫星运动方程离散化及摄动力模型、观测误差改正及线性化、批处理解算采用的最小二乘估计方法和实时解算采用的平方根信息滤波方法。对本文实时定轨中采用的平方根信息滤波算法进行了重点研究,给出滤波解算定轨处理流程后,推导了滤波定轨中非线性误差和过程噪声随机函数模型。2)归纳分析了当前各导航卫星的偏航姿态模型以及用于姿态角估计的反向PPP算法,深入研究了北斗IGSO和MEO卫星偏航姿态切换机制。针对北斗IGSO和MEO卫星动偏零偏姿态切换期间初始姿态模型偏差会严重影响精密定轨参数估值,使得反向PPP估计的姿态角偏离实际值的问题,提出了一种改进的反向动态PPP估计方法,成功估计出了北斗IGSO和MEO卫星姿态模式切换期间姿态角的变化。基于估计的卫星姿态角,建立了北斗IGSO和MEO卫星的偏航姿态经验模型,并通过精密定轨结果验证分析了模型的准确性。并在本文北斗卫星实时精密定轨的研究中,均采用该偏航姿态模型对各相关误差项进行改正。3)研究了实时精密定轨观测模型精化与质量控制方法,实现了多系统实时定轨滤波处理中模糊糊度参数的固定。通过实测数据进行验证分析,结果表明：相比于浮点解,模糊度固定后GPS和北斗卫星叁维轨道精度平均提高了2cm左右。4)针对机动卫星实时精密定轨的难题,深入研究了卫星机动的实时探测、机动期间卫星精密轨道的确定以及机动后精密轨道的快速恢复等关键问题。提出基于预测残差对卫星机动进行实时探测,探测到卫星机动后,采用自适应平方根信息滤波的方法确定机动期间卫星的实时轨道。通过北斗C05和C08卫星机动期间的实测数据对该方法的有效性进行了验证,结果表明：该方法可以有效探测出卫星机动,能有效避免因轨道机动造成的滤波发散,机动期间卫星对应测站的最大残差在0.3m以内,由于自适应滤波可以保持解算参数的连续性,大大缩短了机动后精密轨道恢复时间,机动结束后的3-6h定轨精度即可恢复至机动前的正常水平。5)分析验证了实时精密定轨滤波算法对GPS卫星地影期间的适用性。结果表明：地影卫星的实时滤波轨道显着优于IGU超快速产品的实时轨道,在滤波解算时增大地影期间轨道参数的过程噪声可进一步提高GPS BLOCK IIA地影卫星的叁维轨道精度。6)基于武汉大学导航数据综合处理软件(PANDA)平台,开发了基于平方根信息滤波的多系统导航卫星实时精密定轨系统。通过一个月实测数据对本文提出的方法与研制的软件系统进行了验证分析,结果表明：GPS和GLONASS实时轨道与IGS事后精密轨道相比,叁维精度分别为6.7cm和9.3cm.北斗IGSO和MEO卫星SLR检核残差平均偏差在10cm以内；GEO卫星SLR检核平均偏差为20.7cm,相比于事后轨道,与SLR的系统性偏差减小了20cm左右。通过采用实时滤波轨道和预报轨道两种方案对实时卫星钟差估计,证实了滤波轨道可以有效避免因为预报轨道不连续引起的钟差跳变问题。最后基于动态精密单点定位算例对软件解算的实时产品进行了验证,定位结果表明：相比于基于预报轨道的实时产品,采用本文滤波定轨软件解算的实时产品可以显着提高北斗单系统的动态定位精度,多系统精密定位用户可以实现水平3cm,高程5cm的定位精度。
益鹏举[3]2010年在《低轨遥感卫星精密定轨研究》文中认为随着低轨卫星在国民经济、军事、科研等方面的广泛应用,各国发射的低轨卫星越来越多,这些卫星身负不同的科学任务,为各国的经济发展及科研事业做出了贡献。为了保障不同种类的低轨卫星完成相应的科学任务,卫星精密定轨便成为卫星顺利完成任务的前提与基础,研究低轨道卫星的精密定轨则成为人们共同关注的课题之一。本文以低轨遥感卫星为研究对象,分析了精密定轨的基本理论方法,包括定轨中常用的时间系统和坐标系统、力学模型、观测方程的线性化、参数解算及轨道评估,然后探讨了各种测轨手段及星载GPS、SLR观测方程,接着介绍了低轨卫星定轨方法与定轨软件,并在星载GPS观测数据仿真的基础上,研究了影响低轨卫星定轨精度的因素,最后用CHAMP、GRACE A/B卫星星载GPS实测数据及Jason-1卫星实测SLR激光数据分别从星载GPS定轨与SLR定轨两方面实现了低轨遥感卫星的定轨,并达到了一定的精度。本文对低轨遥感卫星的定轨进行了一些分析研究,主要研究内容如下：1.分析了卫星定轨的基本理论方法：介绍了定轨中常用的时间与坐标系统,研究了卫星运动的各种摄动力模型、测轨手段、观测方程与线性化以及定轨参数求解过程,同时,研究了轨道评估方法与SLR轨道评估,介绍了低轨卫星定轨方法与CASMORD定轨软件。2.研究了影响定轨精度的因素：在低轨卫星星载GPS双频观测数据仿真的基础上,分析研究了数值计算误差、P码与相位观测误差、卫星截止高度角、天线相位中心偏差、周跳与粗差、地球重力场、海潮模型等对定轨精度的影响。3.星载GPS定轨与SLR定轨：基于CHAMP与GRACE A/B低轨卫星的星载GPS实测数据进行了星载GPS非差简化动力学定轨,研究表明CHAMP卫星定轨精度约为11.39cm, GRACE A/B为定轨精度约为7cm。SLR定轨采用Jason-1卫星的全球SLR激光测距实测数据,并以叁天为一弧段进行SLR定轨,研究表明定轨精度约为20.67cm。
杨红雷[4]2017年在《基于SLR数据的GNSS/LEO卫星精密轨道检核》文中研究说明人造卫星激光测距SLR是目前唯一能直接给出无模糊度亚厘米级站星距离观测值的空间大地测量技术,因此它是检核GNSS和LEO等大地测量卫星事后精密轨道,并做出精度评定的最可靠手段。本文基于BERNESE 5.2 GNSS数据处理软件,利用SLR观测资料对GPS36、GLONASS以及GRACE等卫星的事后精密轨道进行了检核,分析了观测值的数量与残差等在时间和空间上的分布特征。主要内容包括研究GPS、GLONASS以及GRACE卫星大地测量卫星精密轨道的稳定性,评估全球SLR测站的观测数据质量等。本文的主要工作和成果如下:1.利用SLR观测资料对12年的GPS36卫星和2015年全年的GLONASS卫星的CODE精密轨道进行检核。结果显示:GPS36卫星轨道精度整体优于4cm,SLR对GPS36卫星的观测精度约为1cm,且检核存在明显的系统性误差和周期性扰动;GLONASS轨道精度总体优于3.3cm,SLR对其整体观测精度优于1.2cm,发现除存在一定的系统误差外,检核残差质量与也与卫星的服役年限有关。2.利用SLR观测资料分别对GFZ提供的8年GRACE卫星的约化动力学轨道和AIUB提供的12年GRACE卫星非差运动学轨道进行了检核。结果显示:7090站和7810站对GRACE卫星约化动力学轨道的检核精度分别优于1.3cm和1.7cm,且检核残差中基本不存在系统误差;GRACE-A/B卫星非差运动学轨道检核精度分别优于2.5cm和2.7cm,且其轨道的整体检核结果中也不存在系统误差。同时发现,观测值残差的数量统计服从正态分布;在达到峰值后,不同观测仰角与其对应的观测个数间近似成反比例函数关系;不同方位角观测到的卫星几何位置分布存在周期为π的周期性变化特征。3.EDC提供的SLR观测资料在完整性和连续性上较CDDIS好,EDC与CDDIS求得的检核残差RMS值散点分布区间和散点分布趋势基本相同,说明两个机构提供SLR观测资料有较好一致性。EDC明显比CDDIS的有效数据量多,说明EDC提供的SLR观测较之CDDIS更为丰富。4.GLONASS卫星SLR数据为例,开展了站心坐标系、地固坐标系以及卫星RTN坐标系下的各坐标分量检核残差分析,结果表明检核残差的系统误差并没有在各坐标系叁向分量中有明显显现。另外,本文也进行了卫星轨道受星蚀期影响的SLR检核验证以及全天日观测不同时段观测数量的质量分析等,结果表明:在星蚀期前后及星蚀期期间,残差散点明显分布相对稀疏,且检核残差值也变大,说明在星蚀期卫星轨道精度明显变差,SLR数据可有效检核卫星轨道受星蚀期的影响。
曹芬[5]2014年在《基于转发测距数据的GEO导航卫星定轨方法研究》文中指出GEO卫星覆盖性能好，在WAAS、IRNSS、QZSS、EGNOS、BDS、CAPS等区域增强和区域导航系统中得到广泛应用。GEO卫星精密定轨及预报对高精度的导航和精密实时定位用户来说具有至关重要的作用。因此开展GEO卫星精密测定轨理论与方法研究对卫星导航系统、区域增强系统的建设具有积极的推动作用。GEO卫星与地面相对静止，站星之间几何关系变化小，钟差及测站偏差等系统误差难以分离；系统跟踪站局限于国内，地面观测几何结构不好使轨道精度不高；GEO卫星的频繁机动控制，给GEO卫星精密轨道的确定和预报带来较大困难。转发器式卫星测轨方法具有将卫星轨道和星地钟差分离的优势，被应用于CAPS。本论文围绕上述问题，基于C波段转发测距方法及VLBI、SLR测量方法，在以下几个方面进行深入探讨和研究：1．自发自收及差分模式的GEO卫星定轨预报针对转发模式自发自收数据的径向约束能力强、横向约束能力弱的问题，依据VLBI测量原理、自发自收模式、一发多收模式，提出了转发模式副站与副站差分模式，详细推导了该模式的观测方程及测量矩阵，并克服了副站之间没有直接TWSTFT比对链路，无法直接得到副站站间钟差的问题。利用2005年6月的C波段自发自收测距数据、副站差分数据进行了联合定轨预报试验，C波段转发测距数据单独定轨预报试验，分析了副站差分对轨道横向精度的影响，预报残差与预报轨道差的关系。2．基于国际SLR数据的自发自收轨道精度评估系统建成后，由于租用的GEO卫星上并未安装激光反射器，因此基于CAPS的GEO卫星轨道从未使用SLR数据进行评估；CAPS测站系统差从未基于SLR数据进行标校。本文给出了CAPS中的外环时延测量方法及时延组成要素、转发模式自发自收测距测量模型，并首次利用国际SLR数据对基于CAPS的GEO卫星轨道进行了精度评估，利用国内SLR数据对CAPS测站系统差进行标校；分析了CAPS的测站分布对GEO卫星定轨精度的影响、系统差标校精度。经试验验证，国内激光站的视向检验残差较小，约为0.5m，而南半球激光站的视向检验残差较大,约为3.3m。3. GEO卫星分时观测模式研究针对目前CAPS常规连续观测模式，无法实现1天内对多颗GEO卫星进行观测的问题，论文探究了CAPS在GEO卫星非机动期间的单天线对多颗卫星的分时观测模式及策略；基于2005年6月的转发模式连续观测资料，生成了3种分时观测资料，并最终给出了满足轨道精度优于2m的单天线对多颗GEO卫星的分时观测策略。4. GEO卫星跨机动定轨及预报方法研究为了满足导航用户对于机动期间轨道及机动后轨道快速恢复的需求，在卫星机动期间，通过建立等价的机动力模型，研究跨机动期间的定轨方法和优化策略，保证轨道的连续性。并基于机动前不同时段的C波段观测资料，分析了机动前的资料对跨机动定轨及预报精度的影响，分析了机动后短弧定轨预报与跨机动定轨预报的优劣性。5.基于VLBI与C波段转发测距数据的联合定轨试验GEO卫星机动后短弧资料较少，且C波段自发自收数据横向约束能力弱。论文利用2010年中国VLBI网与C波段测轨网的VLBI和C波段转发测距资料进行了分析处理，为实现VLBI应用于轨道机动后轨道快速恢复提供试验支持。论文进行了C波段转发测距数据单独定轨试验、VLBI时延与时延率定轨试验、联合定轨试验，并分析了不同基线对C波段测站系统差标校精度的影响，单条基线对测距资料定轨预报的影响。
付春浩[6]2012年在《基于SLR和伪距观测数据的北斗卫星精密定轨算法研究》文中认为我国北斗卫星导航系统正在建设过程中，精密轨道确定是利用导航卫星精密定位的前提，同时轨道精度也是衡量导航系统性能的一个重要指标。目前，GPS的定轨精度已经达到了厘米级，而北斗卫星目前还没有精密星历。虽然北斗卫星精密定轨的原理与GPS基本相同，但是北斗卫星导航系统还存在没有完全组网，且观测站主要局限于国内、观测弧段较短等缺点，针对这种情况，进一步研究北斗卫星精密定轨的算法和数学模型，提高轨道确定的精度和实时性，是目前北斗卫星导航系统研究的一大热点和难点。卫星精密定轨一般包括数据预处理、初轨确定和轨道改进叁个部分。本文系统研究了基于SLR和伪距观测资料的北斗卫星精密定轨的基本理论、模型和算法，给出适用于北斗卫星精密定轨的数据预处理方法、单站定初轨和多站同步观测定初轨算法以及轨道改进的算法，最后形成一套适用于北斗卫星导航系统精密定轨的软件。本文主要内容包括：首先，介绍了SLR数据预处理的理论方法，包括击中点的计算和误差模型的改正。实验结果表明，经过预处理的SLR距离数据的精度为分米级，为精密定轨提供数据支持；第二，实现了时间系统和坐标系统的转换，统一时空系统，研究JPL的DE405行星星历，便于计算太阳和月球的距离；第叁，研究并实现了SLR单站定初轨和多站伪距同步观测资料定初轨的算法，实验结果表明，单站初轨结果最好可达十几米的精度，这两种算法的精度很高，可以作为轨道改进的初始值；第四，研究动力学定轨中的摄动力模型，详细介绍了各模型的原理并给出了详细的公式和偏导数，分析各摄动力对导航卫星轨道的影响级数；第五，介绍轨道改进的基本原理，给出导航卫星的运动方程，详细推导了卫星的状态方程和运动方程，并研究了加权最小二乘估计中病态方程组的解法，通过比较Givens-Gentleman方法与谱修正迭代法，得出Givens-Gentleman方法解病态方程组精度较高的结论。第六，在理论、算法和模型研究的基础之上，编写了一套基于SLR和伪距观测数据的北斗卫星导航系统精密定轨软件，通过对实际观测数据的计算分析，该软件的定轨精度可以达到米级。
申秀梅[7]2011年在《基于SLR技术的LAGEOS卫星精密定轨》文中进行了进一步梳理SLR是Satellite Laser Ranging的简称,卫星激光测距技术是一种空间大地测量技术,是现代测量手段中最先进的技术之一,具有极高的测距精度和很好的实用性,利用SLR观测数据不仅可以确定卫星的精密轨道还可以解算卫星观测站的坐标值、估算地球动力学参数等,卫星精密定轨是通过获取目标卫星的卫星数据来确定卫星的精密卫星轨道,卫星激光测距技术是卫星轨道的一种获取手段,并且与其它技术相比,卫星激光技术都具有不可替代性,因此研究卫星激光测距技术具有十分重要的理论意义和现实意义,研究基于SLR技术的卫星精密定轨技术,也可以改善定轨精度和提高卫星自主导航能力。本文主要讲述运用UTOPIA软件对2009年的卫星激光数据进行处理。通过对LAGEOSl卫星的数据进行处理,得到60秒一个数据的卫星轨迹；另外对LAGEOS-1/2卫星数据进行不同的数据解算。利用31天弧段定轨方法得到的RMS数值约为2cm；分别用LAGEOS-1/2卫星数据解算San Juan的站坐标,两个不同的卫星求得的San Juan测站坐标平均值非常接近；另外还求解了极移值和质心位移值。其中质心在X、Y方向大约有1.5cm左右的变化,但是Z方向数据结果不是非常理想,表明用于轨道预测的力学模型、测量模型以及其他相关参数仍需改进。论文写作过程中,根据实际解算的需要编写了部分程序。
谷德峰[8]2009年在《分布式InSAR卫星系统空间状态的测量与估计》文中指出分布式InSAR卫星系统在近距离编队飞行的小卫星上装载SAR天线,通过小卫星和SAR天线的协同工作,完成干涉SAR任务,是一种具有巨大潜力的新概念新体制雷达系统,其实现在基础理论和技术层面上面临许多挑战。编队空间状态的高精度确定是实现小卫星分布式雷达任务的关键技术之一,是小卫星分布式雷达功能实现的前提和重要保证,也是卫星编队飞行需要解决的共性问题。本文以分布式InSAR卫星系统为背景,阐述了系统与空间状态测量之间的关系,重点针对双频GPS和星间无线电两种不同的测量手段,开展了编队卫星空间状态高精度确定方法的研究。主要工作包括五部分:第一,对分布式InSAR目标叁维定位的空间几何关系进行了分析,阐述了系统参数与空间状态测量之间的关系,明确了空间状态测量在分布式InSAR任务中的意义和要求。给出了目标叁维定位的闭合形式解及灵敏度分析,给出了目标叁维定位精度指标与系统参数精度指标之间关系的解析表达式。给出了干涉基线的定义,将干涉基线分解为空间域干涉基线和时间域干涉基线,其中时间域干涉基线可通过主星的绝对轨道测量获得,空间域干涉基线则通过高精度星间基线测量获得。由测量基线到空间域干涉基线的转换需要进行部位修正和时间对齐,给出了部位修正的精度分析。第二,研究了星载双频GPS观测数据预处理方法,给出了完整的数据预处理方案与流程。研究了一种新的抗差Vondrak滤波方法,在原始信号拟合函数形式未知且被粗差污染的情况下,有效的抑制粗差对信号拟合的影响,对观测数据进行合理的平滑。研究了星载双频GPS观测数据质量评估方法,完善了已有的评估方法。并采用CHAMP卫星在轨数据进行了预处理与质量评估,验证了算法的正确性与可靠性。第叁,研究了星载双频GPS原始观测数据降采样处理方法,分析了多项式平滑伪距和载波相位平滑伪距方法的优缺点。研究了星载双频GPS非差运动学定轨方法,结合GPS观测数据质量分析结果,给出了一种合理的伪码和相位观测数据加权策略。研究并实现了星载双频GPS非差动力学定轨方法,将CHAMP卫星定轨结果与GFZ科学轨道进行比对,二者在轨道位置R、T、N分量上差值的均方根为4.8cm,8.2cm,7.5cm,叁维误差的均方根为12.2cm,表明本文的非差动力学定轨精度已与GFZ科学轨道相当。研究了SLR检核精密定轨精度方法,提出了一种利用SLR数据校准GPS精密定轨系统误差的新方法,在卫星一次过境的短弧段内,用二阶多项式来参数化表示GPS定轨慢变系统误差,进而利用不同地面激光测站的分时观测数据,估计GPS定轨系统误差。第四,研究了基于双频GPS的高精度星间相对定位技术。建立了星载GPS电离层延迟的单层投影模型,利用单层投影模型仿真分析了差分电离层延迟对分布式SAR编队卫星CDGPS相对定位结果的影响。研究了基于轨道动力学模型的分布式SAR卫星编队CDGPS相对定位方法,在CDGPS技术的基础上,引入轨道动力学模型提供的先验约束信息,对长弧段的观测数据进行解算,有效的抑制测量中的随机误差,提高相对定位精度,并克服运动学逐点解算方法在观测几何较差或观测数据不足情况下无法应用的缺点。分析了星间测距信息对CDGPS相对定位精度的贡献。第五,研究了基于无线电测量的高精度星间相对状态确定方法。介绍星间无线电测量原理,比较分析了几种传统的相对状态估计方法的优缺点。研究了一种基于样条模型的星间相对定位与定姿的新方法。该方法将传统的直接估计状态参数转化为估计样条参数,减少了待估参数的个数,提高了距离变化对姿态参数的敏感性,估计精度更高,估计结构更加稳定。讨论了无线电测量用于分布式SAR星间基线确定存在的问题,包括星间无线电测量信号的覆盖与遮挡和编队构形设计对无线电测量几何的影响。
景月娟[9]2011年在《卫星定轨可视化软件的实现与应用研究》文中研究说明随着计算机技术发展的不断加快,新的硬件、技术不断更新,使得原有的一部分应用软件在新环境下跟不上技术的发展。舍弃现有系统下的软件,不但要耗费大量的人力和资金,而且浪费了许多成熟的软件成果,代价过于昂贵。软件移植则是解决这一问题的有效方法。同时对在新环境下更进一步开发新的软件也有重要的意义。卫星轨道确定对国防建设、国民经济发展以及科学研究等方面都具有十分重要的意义。GEO卫星精密定轨是我国卫星导航系统的关键技术之一,它直接影响卫星导航系统的定位精度。由此可见,GEO卫星精密定轨软件在卫星技术的应用中的地位举足轻重。由中国科学院国家授时中心发明的转发式测定轨方法已成功地用于中国区域定位系统(CAPS)的卫星测定轨中,伪码测距精度达到厘米级水平,轨道确定精度达到米级水平。在CAPS系统日常运行使用的卫星精密定轨软件,是基于UNIX系统的,多年的实际应用表明,它是一个非常成功的软件,具有相当多的优势。但是它也有一些不足,如对操作系统的依赖性和命令式操作等,这些因素制约了软件后续的开发、扩展和应用研究,同时运行该软件的SUN工作站的运行维护成本也相对较高。基于这些原因,本文进行了以下内容的研究工作:1.分析并探讨了卫星观测资料处理中使用的时间与坐标系统,定轨的原理和分析过程所采用的力学模型、测量模型、参考系以及目前CAPS系统使用的卫星精密定轨软件的建立、构成和算法特点与流程等。2.基于软件移植基本理论,提出了以Microsoft Visual Studio 2005集成Intel(R) Visual Fortran Compiler Professional 11.0为图形用户界面开发工具,成功地将CAPS系统日常使用的卫星精密定轨软件从UNIX系统移植到Windows系统下,通过对部分软件的优化和改进,完善了软件系统,提高了解算卫星轨道速度。通过Windows系统下卫星定轨结果与UNIX系统下定轨结果进行比对,验证了软件移植的精确性、可靠性和保真度。3.在软件移植成功的基础上,提出并完成了卫星定轨可视化软件的开发研制。开发设计采用的是Microsoft Visual Studio 2005软件平台,利用Visual Basic.NET语言。该软件具有预处理观测数据资料、解算GEO卫星精密轨道、分析和图形化轨道解算结果等功能。它的界面友好、可操作性强、方便省时、易学易用,有效地提高了GEO卫星定轨工作效率。它的成功开发,简化了卫星定轨软件的操作步骤,缩短了运算过程的时间,减少了人为因素所造成的错误,提高了运算结果的直观性。4.提出了一种采用最小二乘法生成标准点的模式来压缩原始资料的处理方法。针对CAPS的卫星观测系统中海量的观测量(每站每秒一个样本点),导致卫星的轨道计算需要相对较长的时间,影响了该卫星导航系统的实时性等问题。把该方法用于卫星轨道计算,在计算的卫星轨道不失真的前提下,尽量高度压缩观测数据量,提高卫星轨道计算速度。计算结果表明,本处理方法不但大大地缩短了卫星轨道计算时间,而且计算的轨道几乎完全与用原观测资料计算得到的轨道一致,两者相差在毫米级水平。使用该方法处理观测资料,提高了卫星轨道的计算效率,满足了导航系统实时性的要求。
郭靖[10]2014年在《姿态、光压和函数模型对导航卫星精密定轨影响的研究》文中研究说明自1995年4月27日美国GPS系统正式运行以来,在近20年时间内导航卫星系统蓬勃发展。前苏联及随后的俄罗斯、欧盟、中国、日本以及印度等国家和地区出于自身战略安全和经济利益等需要相继研发各自的全球或区域性卫星导航定位系统——GLONASS、Galileo、北斗、QZSS和IRNSS。多导航卫星系统的发展不仅有助于用户获得更为稳定和可靠的导航和授时服务,而且有助于满足大地测量等高精度领域的需求,但是其前提是提供在统一时空基准下的高精度导航卫星精密轨道和钟差产品。影响导航卫星定轨精度的因素主要包括几何和动力学两类。多年来,国际和国内学者对GNSS误差改正模型进行了大量而广泛的研究,相应动力学模型也在不断完善和提高,上述研究促使当前GPS和GLONASS卫星定轨精度分别优于2.5cm和3.0cm。但是北斗、Galileo和QZSS卫星的出现为导航卫星精密定轨的理论和方法研究带来了新的挑战和机遇,主要包括：(1)基于叁频及以上频率观测值的导航卫星精密定轨；(2)不同类型(GEO、IGSO和MEO)的导航卫星精密定轨；(3)不同姿态控制模式(动态偏置和非动态偏置)下的导航卫星精密定轨；(4)携带有高稳定被动式氢钟的Galileo-IOV卫星的厘米级精密定轨。本文在多模导航框架下研究姿态、光压、相位中心以及观测模型对导航卫星精密定轨的影响,其中以提高北斗导航卫星在零偏以及偏航姿态转换期间定轨精度为研究重点。总体来说,本文的主要研究工作和贡献如下：(1)总结了现有GPS BLOCK II/IIA、GPS BLOCK IIR, GPS BLOCK IIF、GLONASS-M和QZSS Michibiki卫星偏航姿态模型,并进一步分析了卫星偏航姿态对其精密定轨的影响。基于实测数据以及逆动态精密单点定位算法估计了北斗IGSO和MEO卫星偏航姿态,相应结果验证了北斗IGSO和MEO卫星采用动偏和零偏两种姿态控制模式。通过分析实际估计的北斗IGSO和MEO卫星偏航姿态,并在假设实际姿态与名义姿态差异最小时卫星姿控模式发生转变的条件下,首次得出当轨道角为90。且太阳与轨道面夹角绝对值小于等于4。时北斗IGSO和MEO卫星偏航姿态从动偏转为零偏；相应地,从零偏转为动偏的条件为轨道角为90。且太阳与轨道面夹角绝对值大于等于4。。(2)研究了仅与天底角以及与天底角和方位角相关的导航卫星天线相位中心偏差和变化估计的理论,以及天线相位中心改正对导航卫星轨道、钟差、对流层延迟、测站坐标和框架尺度等参数的影响。基于2013年第150天至2014年第181天的实测数据确定了北斗IGSO、MEO和Galileo-IOV卫星天线相位中心偏差(PCO)和仅与天底角相关的天线相位中心变化(PCV),.与欧洲空间局相应结果比较表明两者北斗IGSO和MEO卫星天线PCV差异的标准差在1mm以内,但是PCO差异较大。具体而言,两者IGSO和MEO卫星X轴PCO差异分别为37.4mm和26.0mm,Z轴PCO差异则分别可达-50cm和12.1cm左右。通过对重迭轨道差异、测站坐标和对流层参数的分析表明采用实际估计的天线相位中心改正能够显着提升北斗MEO和Galileo-IOV卫星轨道重迭精度以及测站高程方向精度,但是对北斗IGSO卫星轨道和测站对流层参数影响相对较小。(3)比较和分析了动偏和零偏姿态模式下北斗GEO卫星定轨精度,结果表明不同偏航姿态对GEO卫星重迭轨道差异影响较小,但是显着影响其绝对轨道精度。在此基础上,进一步比较和分析了零偏姿态模式下不同光压力对北斗GEO卫星定轨的影响,结果表明通过估计CODE5参数和切向经验常量加速度可以显着提高重迭轨道精度,而基于可校正Box-wing模型可以获得具有较高绝对精度的轨道。相关结果说明在现有几何观测条件下,通过构建更为合适的光压力模型可以进一步提高北斗GEO卫星定轨精度。(4)深入研究了北斗IGSO和MEO卫星在零偏和偏航姿态转换期间定轨精度降低的机理和解决方法。基于分析型光压力和热辐射力模型,通过仿真分析动偏和零偏姿态模式下光压力和热辐射力变化表明姿态控制模式变化引起的北斗IGSO和MEO卫星非保守力变化主要集中于切向和径向。因此,本文提出在CODE模型中引入切向常量加速度参数以改善CODE光压力模型对零偏模式下导航卫星精密定轨的不适用性,定轨结果表明该方法能显着提高零偏期间北斗IGSO和MEO卫星定轨精度,且基本与动偏模式下定轨精度相当。当分段估计额外引入的切向常量加速度时,IGSO卫星在姿态转换期间定轨精度有较大提升。(5)基于双频消电离层组合分别采用“一步法”和“两步法”确定了在同一时空框架下的GPS、GLONASS、北斗和Galileo-IOV卫星精密轨道和钟差,与IGS最终轨道和钟差产品比较表明本文所解算的GPS和GLONASS轨道和钟差精度与GFZ和CODE最终产品精度相当,达到IGS所有分析中心上等水平。同时Galileo-IOV卫星轨道也与其他分析中心精度相当,北斗卫星轨道精度则相对较高。(6)对于Galileo-IOV卫星轨道分析表明其SLR残差存在约-4-5cm的系统性偏差,并且卫星钟差线性拟合残差RMS值和SLR残差分别与太阳和卫星轨道面夹角相关,此外单天卫星钟差和SLR残差呈现负相关特性,并且SLR残差分布与卫星轨道角相关。上述现象表明当前定轨中所采用的非保守力(特别是光压力)模型并不适合于Galileo-IOV卫星精密定轨,而利用钟差和SLR数据可能是提高现有光压模型的有效手段。此外,北斗C01和C10卫星SLR残差也表现出与轨道角相关的特性。(7)基于不同钟差基准导得了两种非差非组合函数模型,并对其进行了比较和分析。在此基础上比较了非差非组合和消电离层组合函数模型对数据处理的影响,结果表明虽然基于非差非组合模式求得的卫星轨道、钟差、地球定向参数等产品精度略优于消电离层组合,但是由于电离层延迟等参数的引入显着降低了基于非差非组合模式精密定轨的数据处理效率。因此本文认为轨道和钟差确定采用双频消电离层组合模型较为适宜。
参考文献：
[1]. 基于SLR技术的卫星精密定轨[D]. 秦显平. 中国人民解放军信息工程大学. 2003
[2]. 基于平方根信息滤波的GNSS导航卫星实时精密定轨理论与方法[D]. 戴小蕾. 武汉大学. 2016
[3]. 低轨遥感卫星精密定轨研究[D]. 益鹏举. 山东科技大学. 2010
[4]. 基于SLR数据的GNSS/LEO卫星精密轨道检核[D]. 杨红雷. 长安大学. 2017
[5]. 基于转发测距数据的GEO导航卫星定轨方法研究[D]. 曹芬. 中国科学院研究生院（国家授时中心）. 2014
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[7]. 基于SLR技术的LAGEOS卫星精密定轨[D]. 申秀梅. 山东科技大学. 2011
[8]. 分布式InSAR卫星系统空间状态的测量与估计[D]. 谷德峰. 国防科学技术大学. 2009
[9]. 卫星定轨可视化软件的实现与应用研究[D]. 景月娟. 中国科学院研究生院（国家授时中心）. 2011
[10]. 姿态、光压和函数模型对导航卫星精密定轨影响的研究[D]. 郭靖. 武汉大学. 2014
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