【摘 要】
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近年来,低轨卫星快速发展,在科研、军事、民用等各方面都得到了广泛的应用。实时确定低轨卫星的轨道参数,是低轨卫星实现对地遥感与观测等功能的基础条件。由于GPS具有全天候、高精度、低成本、可连续观测等优点,因此越来越多的低轨卫星搭载了星载GPS接收机,借助GPS来实现低轨卫星实时定轨已成为目前卫星轨道测控的主要手段之一。随着北斗导航系统的建设,多系统的共存、兼容与互操作,已成为卫星导航领域研究的热点问
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近年来,低轨卫星快速发展,在科研、军事、民用等各方面都得到了广泛的应用。实时确定低轨卫星的轨道参数,是低轨卫星实现对地遥感与观测等功能的基础条件。由于GPS具有全天候、高精度、低成本、可连续观测等优点,因此越来越多的低轨卫星搭载了星载GPS接收机,借助GPS来实现低轨卫星实时定轨已成为目前卫星轨道测控的主要手段之一。随着北斗导航系统的建设,多系统的共存、兼容与互操作,已成为卫星导航领域研究的热点问题,而低轨卫星也开始搭载支持GPS和BDS双系统的接收机。因此,开展融合GPS和BDS星载观测数据实时定轨理论、模型和方法的研究,既符合前沿发展趋势,又符合现实需求。本文在传统星载GPS伪距实时定轨的基础上,深入研究了基于星载GPS/BDS载波相位观测值的实时精密定轨的理论与方法,主要研究内容和成果有:(1)系统总结了星载GPS/BDS实时定轨的基础理论,包括实时定轨中涉及的时间系统、空间系统、卫星动力学模型、卫星运动学方程及其数值解、GPS和BDS观测模型等。(2)详细推导了星载GPS/BDS实时精密定轨的模型与算法,包括待估状态参数、状态方程、观测方程、时间更新、测量更新以及定轨流程等。(3)对FY3C卫星星载GPS和BDS观测数据数据质量进行了分析,包括可视性、载噪比、伪距观测精度和载波相位观测精度等。可视性分析表明,GPS卫星只在少数情况下低于6颗,BDS卫星多数情况下低于3颗;载噪比分析表明,GPS两个频率的载噪比差异较大,BDS两个频率的载噪比差异不大;GPS卫星C1P码伪距观测精度比C2P码伪距观测精度高,BDS卫星C1I码伪距观测精度略差于C7I码伪距观测精度;GPS卫星和BDS卫星载波相位的观测精度均为mm级。(4)总结了观测数据预处理方法,研究了GPS与BDS各类周跳探测量的特性,结果表明,GPS和BDS两个系统用于周跳探测的检测量具有不同的特性,原因在于两个导航系统的伪距和载波相位测量噪声具有差异,这为周跳探测的阈值设置提供了依据。(5)详细分析了GPS和BDS广播星历的精度,结果表明,GPS广播星历的精度在0.1~0.4m,钟差精度在0.5~1.2m;BDS广播星历的精度在0.1~1.1m,钟差精度在0.3~3.7m。针对广播星历误差的影响,将广播星历误差模型化,构建了伪模糊度参数,根据伪模糊度参数的变化特性,针对GPS和BDS的不同,对伪模糊度参数设计相应的随机模型,从而吸收部分广播星历误差,提高实时定轨精度。(6)在上述模型和方法的基础上,基于低轨卫星星载GPS实时定轨软件SATODS的基础上,实现了星载GPS/BDS实时精密定轨。利用FY3C卫星星载GPS和BDS观测数据模拟在轨实时定轨处理,结果表明,采用GPS和BDS伪距观测数据,位置精度可以达到0.8~1.2m,速度精度可以达到0.8~1.2mm/s,采用载波相位观测数据,位置精度达到0.2~0.4m,速度精度达到0.2~0.4mm/s。
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