秦显平[1]2009年在《星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究》文中研究说明本文研究了星载GPS低轨卫星定轨技术的基本理论和方法,研制了星载GPS低轨卫星约化动力法定轨软件,针对约化动力法和推广卡尔曼滤波存在的问题,开展了星载GPS低轨卫星自适应事后和实时定轨研究,论文最后对星载GPS编队卫星相对定位技术进行了研究。主要工作及创新点概括如下:1.介绍了星载GPS低轨卫星定轨的基本理论和方法,比较分析了卫星定轨中批处理和序贯处理的优缺点,讨论了星载GPS低轨卫星实时定轨和事后定轨的异同,阐述了星载GPS编队卫星相对定位的研究状况,分析认为以卡尔曼滤波形式进行的约化动力法研究,既可以满足事后定轨和实时定轨的需求,而且便于软件开发;以GRACE卫星为对象开展研究,既可以满足单颗卫星定轨的研究需要,又可以满足编队卫星相对定位的研究需要。2.分析了不同因素对单点定位的影响,讨论了动力平滑定轨中估计参数的设置问题,计算结果表明:在动力平滑中可以不考虑太阳光压、大气阻力的影响,通过求解经验参数获得了较好的结果;增加估计径向经验加速度可能造成过度化参数,降低动力平滑精度。3.研究了基于单点定位结果的动力学定轨方法,计算结果表明:利用动力学模型平滑单点定位结果,可以极大地减少单点定位结果的随机误差,提高单点定位结果精度。与JPL轨道的比较结果表明,动力平滑轨道在径向和法向的轨道精度优于10cm,沿迹方向的轨道精度优于20cm。4.研究了抗差估计在动力平滑单点定位结果中的应用,计算结果表明:抗差估计可以有效地减弱观测粗差的影响,从而提高卫星定轨精度。但是,由于没有采用抗差动力平滑时,已经删除了超过3倍中误差的观测数据,因此采用抗差后的结果提高有限。5.提出并实现了附有动力学信息的几何法定轨。计算结果表明:附有动力学信息的几何法定轨虽然能够解决运动学轨道的断点现象,但几何法轨道的跳变现象并没有得到很好的解决,指出提高动力学轨道精度可望解决跳变现象;采用附有动力学信息的几何法定轨所获得的卫星轨道在径向、法向和沿迹方向的精度均优于10cm。6.从卫星运动方程、经验加速度处理和观测方程入手详细研究了约化动力法,介绍了约化动力法计算步骤,编制了星载GPS低轨卫星约化动力法(RDT)定轨软件。采用GRACE卫星实测数据验证了本文约化动力法软件的可行性,初步计算表明:本文约化动力法采用推广卡尔曼滤波算法收敛速度较快,定轨精度在径向、法向和沿迹方向的精度优于10cm。7.研究分析了初始方差、稳态方差、相关时间对约化动力法定轨的影响。研究表明:RTN经验力稳态方差对定轨的影响较大,无论是增大经验力稳态方差还是减小都会影响到定轨精度,但存在一个适当的稳态方差使观测信息和动力学模型信息具有最佳的权比,从而得到一个高精度的定轨结果。8.讨论了卡尔曼滤波平滑、双向滤波和抗差估计对约化动力法的改进。研究表明:卡尔曼滤波平滑和双向滤波可以提高约化动力法定轨精度,其中卡尔曼滤波平滑可以显着提高约化动力法开始阶段的定轨精度,而双向滤波不仅能显着提高约化动力法开始阶段的定轨精度,而且可以显着提高整个弧段的定轨精度。双向滤波定轨在径向、法向和沿迹方向的精度约4-6cm。当卫星出现异常观测时,约化动力法的定轨结果会受到较大影响,而此时抗差约化动力法定轨能够通过对观测向量等价协方差阵和卫星状态预报值等价协方差阵的调节达到抑制异常观测影响的目的。9.提出了不求解随机过程参数的推广卡尔曼滤波(EKF)定轨方法。试验计算表明,该方法较约化动力法结果平滑,但是在轨道法向存在系统差,采用双向滤波可以消除系统差,两颗GRACE卫星的7天实测数据计算表明:双向滤波定轨在径向、法向和沿迹方向的精度可以达到5cm,3维位置精度优于10cm;推广双向卡尔曼滤波定轨精度优于约化动力法双向滤波定轨精度。10.利用状态不符值构造自适应因子,实现了星载GPS低轨卫星的自适应(AKF)定轨。试验计算表明,推广卡尔曼滤波定轨(EKF)、自适应定轨(AKF)、约化动力法(RDT)定轨叁者精度基本相当,但前两者的轨道相对后者较为平滑;采用AKF、EKF、RDT双向滤波定轨,GRACE-A、GRACE-B卫星的3维位置精度分别优于9cm、7cm;AKF、EKF双向滤波的定轨结果优于RDT双向滤波定轨结果。提出并实现了以单点定位结果为观测值,采用自适应定轨方法的实时定轨方案。试验计算表明,自适应定轨避开了状态噪声补偿矩阵设置的难题,具有较好的实时性和稳定性。11.研究了编队卫星相对定位,实现了编队卫星相对定位软件。GRACE卫星10天实测数据的相对定位计算表明:固定模糊度参数后,采用本文软件可以得到5mm的编队卫星相对定位结果。
吴显兵[2]2004年在《星载GPS低轨卫星几何法定轨及动力学平滑方法研究》文中指出星载GPS定轨是目前卫星大地测量研究的热点之一。本文基于GPS卫星精密轨道和钟差，较深入地研究了星载GPS几何法定轨及几何法轨道的动力学平滑问题，利用CHAMP星载GPS观测数据，进行了几何法定轨及动力学平滑法定轨的试验。主要研究工作及结论是： ●分析了星载GPS定轨的误差源及IGS所提供的星历的精度，研究了GPS卫星钟差在星载GPS低轨卫星定轨中的应用问题。通过IGS 15分钟间隔钟差的内插值与IGS 5分钟间隔的钟差比较得出，钟差内插精度可达0.046m，完全满足星载GPS低轨卫星定轨的需要。 ●分析了CHAMP星载GPS接收机的伪距观测噪声。结果表明，伪距噪声均方根值为0.236m，当卫星高度角小于30°时，伪距噪声开始明显增大。建议在精密定轨中伪距的测量精度应优于0.3m，相位的测量精度应优于3mm。 ●研究了星载GPS非差观测数据的预处理。引用JPL和BERNE采用的非差观测数据的自动编辑算法，有效地解决了星载GPS观测数据的周跳探测、修复及粗差剔除。 ●研究了几何法定轨的理论和算法，比较了载波相位对伪距进行平滑前后的定轨精度，并利用CHAMP卫星实测资料计算了CHAMP卫星轨道。结果表明，载波相位平滑伪距能有效地提高伪距定轨的精度，用IGS精密星历及内插钟差与用JPL精密星历及30s间隔钟差得到的定轨精度基本相当。 ●研究了几何法轨道的动力学平滑方法，给出了非保守力模型以及CHAMP卫星加速度计数据的使用方法，并利用CHAMP卫星实测加速度计数据对几何法定轨结果进行了动力学平滑。结果表明，动力学平滑能有效改善几何法轨道精度。 ●利用16天的CHAMP星载GPS数据进行了定轨计算。结果表明，几何法定轨的精度在径向、沿迹和法向分别达到0.6m、0.27m和0.25m，动力学平滑法定轨的精度分别达到0.35m、0.20m和0.222m。
黄胜[3]2004年在《CHAMP卫星非差几何法定轨的研究》文中研究表明低轨卫星星载GPS低轨精密定轨是近年来迅速发展起来的一项新的精密定轨技术。利用星载GPS接收机低轨卫星提供的相对经济、精确、连续观测值进行低轨卫星的自主定轨成为精密定轨的有效的途径，具有广泛的应用前景。非差GPS定位与差分方法相比具有不需要地面站、能直接得到测站坐标、工作量小、效率高等优点，因此精密单点定位在低轨卫星的定轨方面具有良好的应用前景。本文系统研究了非差星载GPS低轨卫星定轨中的理论和方法，对以下一些关键问题作了一些有益的探索： (1)系统的研究了非差GPS定轨的观测模型及其误差分析 非差GPS定位观测模型是描述非差观测值与被估计参数之间的函数关系，是非差精密单点定位的基础。本文讨论了GPS非差定轨模型，比较了非差和差分定位模型的优缺点。本文还讨论了一些特殊的非差线形组合观测值的性质及用途，并仔细研究了影响非差定轨的误差因素及其改正方法。 (2)制定了有效的数据预处理方案 星载GPS数据质量控制是星载GPS定轨的关键，数据质量的好坏对最终解的结果有着直接的、十分明显的影响。而本文采用了非差几何法定轨，根据星载GPS观测数据的特点，采用双频观测值之间的组合，制定了适合星载GPS数据预处理方法，详细讨论了数据预处理计算机程序设计思路和一些细节问题。算例结果表明，计算结果表明本文所采取的预处理过程是有效和可靠的，较好的提高了数据质量。 (3)系统地研究了非差几何法定轨方法 本文讨论了精密单点定位的数学模型、其未知参数的估计方法以及随机模型，并详细的讨论了定轨误差的处理方案。本文描述的精密单点定位方法，仅利用低轨卫星的GPS观测资料和IGS精密卫星星历与钟差就可实现低轨卫星的精密定轨。 (4)较系统的研究了消电离层组合的模糊度解算问题 在非差星载GPS定轨中，要想获得高精度的定轨结果，必须使用相位观测CHAMPJ之星非差几何法定轨的4沙}究值。而不采用差分时，需要求解相位模糊度。对于利用多余观测来求模糊度由于存在复杂病态问题，本文加入了伪距观测值进行约束，并取得了优于平滑伪距的定轨结果。
刘红新[4]2006年在《CHAMP卫星定轨方法研究》文中进行了进一步梳理在卫星导航系统的研究中，轨道的精密确定和预报是卫星导航系统正常运行的基础，轨道精度也是衡量卫星导航系统性能的一个重要指标，而利用导航星座进行低轨卫星精密定轨是目前应用领域最前沿的方向。如何提高低轨卫星的轨道精度是目前卫星导航技术研究的一大重要课题。 本文首先系统研究了卫星精密定轨的基础理论，包括时间系统和坐标系统以及卫星运动方程中的摄动力模型，然后分析采用不同摄动力模型在星载GPS低轨卫星定轨中的影响量级，接着进行星载GPS观测数据的预处理，最后利用作者自主开发的程序，分别从几何定轨、动力法定轨以及卡尔曼滤波定轨叁个方面实现星载GPS低轨卫星的定轨，并达到一定的精度。 本文主要包括以下研究内容： 1、系统研究卫星精密定轨的时间系统和坐标系统：结合卫星定轨的实际要求，讨论了各系统之间的转换关系，对在精密定轨中如何使用JPL星历数据进行定轨参数的计算进行了阐述，并给出了基本框图和详细的公式。 2、运动学方程中摄动力模型研究：卫星运动的动力学模型是卫星精密定轨的基本物理模型，也是动力法进行卫星定轨的基本出发点。本论文详细介绍了描述卫星运动状态的各种动力学模型，给出了详细的推导公式，特别分析了各摄动力模型在运动方程中的作用，对各模型对运动方程的影响大小进行分析。利用GFZ提供的CHAMP卫星实测数据，分析不同模型对低轨卫星定轨的影响，得出了一些有用的结论。 3、系统分析了星载GPS定轨中数据质量控制的问题，给出了GPS非差观测值的线性组合，详细介绍了星载GPS非差观测数据预处理。首先介绍载波相位和伪距的观测模型，讨论了关于周跳的几种探测方法，接着利用线性组合进行周跳探测和粗差剔除，利用经过预处理的载波相位对伪距进行平滑，得到较为精确的观测值，最后通过CHAMP卫星两个弧段的观测值对其进行验证，结果显示观测弧段的精度得到一定的改善。本文还对CHAMP卫星加速度计数据的预处理进行了详细的讨论，通过卫星加速度数据的标校、仪器坐标系和惯性系之间的坐标转换，加速度改正数的归算以及姿态数据间断的处理这几个方面的研究，得到了经过预处理后的非保守力加速度数据，并将其用于后面的动力法精密定轨中。最后通过实例说明，关于CHAMP卫星加速度计数据的预处理是有效的。这为后面的动力学定轨提供了非保守力模型的加速度数据。 4、星载GPS低轨卫星几何定轨：首先分别介绍了基于测码伪距、基于相位
闫志闯[5]2015年在《GRACE卫星精密轨道确定与一步法恢复地球重力场》文中提出地球重力场作为反映地球物质分布与运动规律的基本物理场,在地球科学及相关学科的研究中具有极其重要的作用。近十几年来,随着CHAMP、GRACE、GOCE等重力卫星的相继发射,卫星重力测量技术成为中低阶全球重力场及其时变探测的重要手段。获取高精度的地球重力场及其时变,星载GPS数据质量控制、卫星动力学模型精化、大规模参数估计、高性能计算等都是必须要克服的技术难题。本文紧紧围绕着低轨卫星精密定轨与地球重力场恢复的理论与算法展开研究,自主开发了卫星精密定轨定位与重力场恢复系统(Satellite Precise Orbit Determination And Gravity Field Recorvey System, SPODAGRS),实现了GRACE卫星厘米级精密定轨,完成了一步法恢复地球重力场。本文的主要工作和贡献如下：1.研究并实现了时间系统、坐标系统的转换。基于 IERS 2010和SOFA,实现了卫星精密定轨中常用的时间系统、坐标系统及参考框架的转换。2.系统阐述了低轨卫星精密定轨理论与算法。深入研究了动力法定轨和配置积分器的基本原理,基于矢量求导法则详细推导了各种动力学模型对卫星位置、速度和力学参数的偏导数,尤其是基于数学归纳法详细推导了地固系下地球引力、引力梯度及引力对位系数偏导数的递推公式,避免了地球引力在两极附近的奇异性。3.提出了一种高效的低轨卫星精密定轨算法。针对低轨卫星定轨中分段力学参数过多,执行效率较低的问题,分析了待估参数与设计矩阵、法矩阵的映射关系。通过引入分段初轨变量并执行对力学参数的参数变换,在定轨过程中适时将过期的力学参数消掉,从而降低了积分器和法方程的维数,大幅提高了计算效率。实验结果表明：高效算法与传统算法相比,耗时最多节省了78%。4.分析了GRACE卫星星间测距数据KBR的基本观测模型,提出了一种基于KBR数据一阶、二阶导数的KBR数据周跳探测方法,实现了双星约化动力法定轨。利用星载GPS双频伪距和载波数据并附加KBR数据,基于伪随机脉冲和9参数经验力模型实现了双星约化动力法定轨。实验结果表明：双星定轨在R、T、N叁个方向RMS均不超过0.03m,与单星定轨相比,最大提高了0.003m,大部分都提高了0.001m。5.针对GRACE卫星非保守力难以精确建模的问题,研究了卫星加速度计数据用作非保守力的基本原理,利用星载GPS双频伪距和载波数据并附加KBR数据,实现了双星动力法定轨。实验结果表明：R方向RMS基本不超过0.01m,T方向RMS不超过0.03m,N方向RMS基本不超过0.04m。6.针对动力法恢复地球重力场需要多天观测数据联合求解的问题,研究了卫星多天数据联合解算的基本原理,提出了一种基于高效定轨算法的广义轨道综合方法,推导了相关参数变换公式并给出了具体实施步骤。7.利用GRACE卫星精密轨道数据恢复地球重力场,分别基于9参数经验力模型、伪随机脉冲和加速度计数据得到了3个60阶地球重力场模型GR-EMP-2-1、GR-PLU-2-1和GR-ACC-2-1。与GFZ精密轨道相比,最终轨道RMS分别不超过0.002m、0.000m和0.006m；与DIR_R5重力场模型相比可以看出,GR-PLU-2-1和GR-EMP-2-1模型精度较高,全球大地水准面标准差分别为0.28m和0.44m,相应的高程异常与实测值标准差分别为0.22m和0.27m。8.针对两步法恢复地球重力场理论不够严密的问题,深入研究并实现了理论更加严密的一步法恢复地球重力场。该方法采用15天的GRACE双星星载GPS数据并附加KBR数据,分别利用9参数经验力模型、伪随机脉冲和加速度计数据代替非保守力,得到了3个重力场模型GR-EMP-1-2-KBR、GR-PLU-1-2-KBR和GR-ACC-1-2-KBR,其中前两个模型精度相对较高,全球大地水准面高与DIR—R5模型相比,标准差分别为0.54m,0.55m,相应的模型高程异常与实测值相比,标准差分别为0.58m和0.56m；如果只采用星载GPS数据,得到的重力场模型GR-EMP-1-2、GR-PLU-1-2对应的全球大地水准面高与DIR_R5模型相比,标准差分别为0.91m,0.79m,相应的模型高程异常与实测值相比,标准差分别为1.26m和1.40m。上述结果表明：KBR观测量对恢复地球重力场的影响十分显着,能够大幅提高所恢复的地球重力场模型的精度。9.针对恢复地球重力场中运算量大、单机计算耗时较长的问题,提出了并行计算的解决方案。该方案充分利用现有计算机硬件优势,将多线程并行计算、多进程并行计算和基于网络环境下的多计算机分布式计算有机组合起来,实现了基于网络环境的分布式计算方法恢复地球重力场,大大提高了计算效率。10.自主开发了卫星精密定轨定位与重力场恢复系统。基于标准C++编程语言和SOCKET网络编程API,独立开发了一套卫星精密定轨定位与重力场恢复系统SPODAGRS。该系统作为一个综合软件平台,实现了GPS卫星轨道动力学平滑、低轨卫星轨道动力学平滑、低轨卫星几何法定轨、动力法定轨、约化动力法定轨、两步法恢复地球重力场和一步法恢复地球重力场等功能。
郭振华[6]2012年在《约化动力学定轨理论与实践》文中研究说明近20年来,借助低轨卫星上搭载的科学仪器进行海洋测高、地球重力场精化、电离层研究等空间科学技术应用与研究,对低轨卫星的定轨精度提出了很高的要求,一方面对定轨方法要求具有很强的实时性,另一方面对定轨精度的要求也越来越高,定轨精度要求已从上世纪60年代的近百米提高到现在的厘米级。针对低轨卫星定轨中关键问题与核心技术,本文以MATLAB7.0和BERNESE5.0软件为平台详细研究了低轨卫星定轨中几个关键问题。主要工作和研究如下：1、阐述了星载GPS低轨卫星定轨的相关基本理论,分析了时间系统、坐标系统间的选择、转换和应用,详细推导了低轨卫星定轨的数学模型及相关公式,分析了影响星载GPS低轨卫星定轨的误差源并给出相应的具体改正措施。2、卫星钟差预报对星载GPS低轨卫星近实时定轨意义非凡,针对影响星载GPS低轨卫星定轨的卫星钟差进行了研究和仿真：在分析GM (1,1)、 GM(1,1)-AR (p)卫星钟差预报模型基础上提出了GM(1,1)循环和GM(1,1)循环-AR(p)两种卫星钟差模型,得到一些有益的结论；此外,将神经网络和灰色模型相结合,提出基于灰色BP神经网络的卫星钟差预报,并在IGU超快速钟差的预报中去验证方法有效性和时效性。3、详细探讨了基于星载GPS低轨卫星的几何法定轨、动力学定轨、约化动力学定轨的理论及数学模型,以CHAMP卫星为例,针对叁种方法分别展开了研究,分析了叁种方法的优缺点,探讨、比较了不同定轨方法所能达到的定轨精度,同时探讨、分析了不同误差模型对低轨卫星定轨精度的影响。4、对动力学法和约化动力学法进行了较重点的研究,结合CHAMP实测数据,研究了光压补偿模型以及加速度计数据等因素对基于摄动力定轨的动力学法的影响,同时系统分析了约化动力学定轨中伪随机速度脉冲和光压补偿模型对模型误差的吸收、调节作用。
韩保民[7]2003年在《基于星载GPS的低轨卫星几何法定轨理论研究》文中研究指明借助低轨卫星上搭载的仪器而展开的科学研究及各种应用技术的迅猛发展，对低轨卫星定轨精度提出了越来越高的要求。考虑到星载GPS低轨卫星几何法定轨在我国发展还相对缓慢，特别是基于载波相位的相对定轨的发展相对滞后的特点，本文系统研究了星载GPS低轨卫星轨道确定中的理论、方法，对以下一些关键问题作了有益的探索： (一)提出了一种GPS数据预处理方案 现有GPS数据预处理方法大都以最小二乘残差为研究对象，往往会造成粗差及周跳定位不准的问题。本文将粗差的拟准检定法-QUAD法拓展到相关观测的情况，用来检测和修复GPS观测值中的粗差和周跳。该方法的关键是正确选择拟准观测。在初选时，将观测分类，选取符合一定条件的‘较好’的观测(在一定条件允许的范围内)作为拟准观测；复选时依据真误差估值的分群特征，提高了可靠性。算例结果表明，这种方法思路简单、直观，便于实施，在系统误差得到较好处理后，该方法对粗差和周跳的定位准确，并能给出较准确的估值。这对观测数据较少的星载GPS低轨卫星定轨中数据质量控制意义重大。 (二)提出了一种综合卡尔曼滤波方法 本文针对将卡尔曼滤波应用到星载GPS定轨中时存在的问题，提出了一种综合卡尔曼滤波方法。该法用拟准检定法准确地探测和修正量测方程中存在的粗差；用UD分解算法改进了计算精度，克服了由于数值不稳定带来滤波的不稳定性；当判断滤波器发散后，则启用Sage自适应滤波器，调整预测误差方差，以克服滤波器的发散。算例结果表明，这种综合卡尔曼滤波方法具有数值稳定性好、有较强的自适应性和能比较好地削弱粗差影响等优点。 (叁)系统地研究了GPS数据模拟问题，并编制了相应的GPS数据模拟软件 各种定轨方案的论证与比较需要星载GPS模拟数据。星载GPS模拟资料虽不是真实的轨道资料，但在研究某些问题时具有很强的针对性。本文系统研究了GPS观测值模拟的原理、流程，并尽量利用已有的成果和最新研究成果，精心挑选模拟所用数学模型，以尽量使观测模拟值和实际情况相符。算例结果表明：GPS模拟观测值在星载GPS定轨中方案比较、可行性论证中有重作用。 (四)探讨了星载GPS相位相对定轨中的病态性问题，并尝试给出了较有效的解决方案 地面基准站、低轨卫星和GPS卫星之间的几何形状分布不佳，差分技术的应用使得模糊度之间及模糊度和叁维坐标向量改正之间产生较强的相关性，往往都会导致星载GPS定轨中的法矩阵的病态性。本文分析了星载GPS相对定轨中法矩阵构成的特点；探讨了用L曲线法来选择岭参数的岭估计方法，根据星载GPS相对定轨中法矩阵的最后3个特征值比较小的特点，选择截断最后3个特征值的截断奇异值方法，在一定程度上可改善法矩阵的病态性。最后根据欧吉坤研究员等人提出的选权拟合解病态方程新思想，基于TIKHONOV正则化方法，通过选择合适的正则化矩阵R，来显着改善法矩阵的病态性，得到了比较稳定、可靠的定轨结果。 (五)详细分析了星载GPS绝对定轨及相对定轨的原理、方法及合理定轨方案的选择问题 本文较详细地讨论了基于双频相位平滑伪距的消电离层组合，进行星载GPS绝对定轨的原理、算法及其精度评定问题；讨论了利用相位平滑后的双频伪距消电离层组合及双频载波相位消电离层组合，进行星载GPS低轨卫星相对定轨的原理、算法及其精度评定。探讨了几种可能用于星载GPS相对定轨中的随机模型精化方案，最终选择了一种同卫星高度角有关的精化模型，同简化的随机模型方案相比，这种精化随机模型可以显着地提高定轨精度。详细研究了基于载波相位的相对定轨中整周模糊度解算方案，提出先用Bootstrapping方法求基于里载GPS的低孰卫里几何法定轨理论研究解双频伪距和相位的Mw组合的宽巷模糊度，然后代入相位消电离层组合，再求解窄巷模糊度的方法，尽量将模糊度固定为整数值。(六)本文以CHI砚P低轨卫星实测双频观测数据为例，用作者根据Bernese软件改编的定轨软件对以上方法进行了验证，研究结果表明:(1)基于相位平滑伪距的消电离层组合的绝对定轨精度在m级，少数历元超过10m;钟 差估计精度在ns级，少数历元超过IOns;(2)基于相位平滑伪距消电离层组合的相对定轨精度在亚m级，少数历元超过1m;(3)在基于载波相位消电离层组合的星载GPS相对定轨中采取了一些关键措施，例如， 同卫星高度角相关的随机模型、选权拟合改善法矩阵病态性新方法及合理模糊度解 算方案的采用，大大提高了定轨的精度，同GFZ给出的结果相比，叁维坐标分量差 值，大部分历元在cm级，部分历元在dm级。
朱秀英[8]2007年在《基于星载GPS非差观测值的低轨卫星简化动力学定轨理论研究》文中研究说明随着空间技术的发展,基于星载GPS精密单点定位技术的低轨卫星精密定轨成为国内外的研究热点之一。本文系统、深入地研究了基于精密单点定位技术的星载GPS低轨卫星简化动力学定轨方法的原理、数学模型、主要力学模型,结合CHAMP星载GPS实测数据,对简化动力学法定轨中的数据预处理、模型误差对定轨精度的影响、随机脉冲的调节作用等做了有益探讨,得出了一些有意义的结论。本文主要贡献有:1、简要阐述了星载GPS定轨系统的组成、方法及原理,系统分析了定轨中的误差源及应对措施,给出了卫星运动方程和变分方程;2、重点研究了星载GPS低轨卫星定轨中的数据预处理问题。在分析、比较现有多种数据预处理方法优缺点的基础上,提出一种改进的“Majority Voting”粗差探测方法,来有效地探测星载GPS观测数据中的粗差。解算结果表明,该方法自动化程度高,数据预处理结果好,因而定轨精度高;3、分析、比较了不同力学模型对简化动力学定轨精度的影响,重点分析了不同阶数、不同级数的不同重力场模型对定轨精度的影响,得出了一些有益结论;4、分析研究了不同卫星星历、不同钟差加密方法对星载GPS低轨卫星定轨精度的影响,结果表明应用地面GPS跟踪站估计的30秒间隔的精密卫星钟差和事后精密星历的定轨结果最高;5、系统研究了伪随机速度脉冲的定义、对定轨精度调节的原理及数学模型,结合CHAMP实测数据,研究、分析了简化动力学方法中不同间隔、不同先验方差的伪随机速度脉冲对模型误差的吸收、调节作用,并给出了定轨优化参数;6、详细探讨了基于星载GPS低轨卫星的简化动力学法定轨的理论及数学模型,采用不同定轨方法对CHAMP卫星进行定轨,分析、比较了不同定轨方法所能达到的定轨精度。结果表明:动力学法定轨精度较差,基于几何信息及动力学信息的简化动力学法定轨精度相对较高,定轨精度约在10cm以内,几何法及简化几何法定轨结果相当,其定轨精度介于动力学定轨与简化动力学定轨方法之间。
涂先勤[9]2006年在《星载双频GPS精密定轨及精度评估方法研究》文中认为本文结合最近几年来国外低轨卫星GPS定轨技术的最新发展情况,研究了基于双频GPS测量技术的低轨卫星精密几何定轨问题,建立了低轨卫星GPS定轨的仿真平台,并用之作为关键技术的验证手段,研究了旨在获得分米精度的快速几何定轨算法和结果精度评估方法。本文主要工作如下:首先,结合CHAMP卫星实例数据,分析了低轨卫星所处的空间环境对GPS信号的影响,研究了6PS卫星星座和LEO卫星星座的摄动运动问题和星载GPS观测误差模型问题,建立了低轨卫星GPS测量信号仿真平台。在信号仿真中,研究了利用二体运动和摄动法计算LEO卫星至GPS卫星星座的几何距离的问题;在信号的误差模型中,研究了电离层时延的IRI2001模型和单层投影模型;讨论了观测误差、多径效应、相对论效应和天线相位中心偏移的误差模型;结合电子测量噪声的具有自相关特性的经验,研究了观测误差的AR模型;结合实测数据分析,讨论了接收机钟差和卫星钟差的误差建模问题。此外,还讨论了由于GPS信号散射角、地球遮挡等产生的几何可见性问题。其次,在定性分析比较了包括动力学定轨、运动学定轨、几何学定轨和混合定轨等多种定轨策略的基础上,研究了星载GPS数据的预处理问题和伪距相位历元差定轨方法。利用仿真数据研究了利用差分法和光滑样条法识别星载GPS异常数据的问题,讨论了Blewitt法应用于星载GPS数据周跳探测的条件。按照实现简洁、精度符合要求的优选标准,研究了利用伪距和载波相位历元差快速几何定轨方法,给出了仿真计算结果,分析了等各种因素对于最终结果的影响,讨论了权因子选取问题。最后,讨论了GPS精密定轨结果的精度评定问题,研究了内符合精度和外符合精度的评价准则和方法。讨论了在各向等误差特性假设下,使用卫星激光测距评价GPS精密定轨结果方法。
王甫红[10]2006年在《星载GPS自主定轨理论及其软件实现》文中提出随着我国航天科技的发展,航天任务不断增加,传统的地面测控系统一直处于高负荷工作状态。尤其是近年来迅猛发展的小卫星,需要全弧段高精度的轨道参数。如果仍采用地面测控系统测定全球覆盖的小卫星轨道,不仅消耗的费用与日俱增,而且地面站的布局难以达到全球覆盖。因此,发展高精度的航天器自主定轨技术迫在眉睫。GPS卫星导航系统的发展和完善、精密轨道确定理论与方法的发展、星载GPS接收机技术的改进,为高精度自主定轨理论的研究创造了有利的条件。然而受星上处理器有限的计算能力和轨道参数的实时确定等条件限制,自主定轨理论与精密定轨存在着很大的区别。本文在现有轨道确定的理论基础上,针对自主定轨系统的工作环境,从理论上建立了星载GPS测量进行米级精度的自主定轨算法,在实践上成功研制出星载GPS自主定轨软件——SATODS。用大量的星载GPS实测数据模拟自主定轨试验,结果表明,使用GPS广播星历,低轨卫星自主定轨可以达到±1.5~3.0米的轨道精度,±3毫米/秒的速度精度;而且自主定轨软件可以应用于轨道机动期间的实时轨道确定。具体的研究内容和主要贡献如下:1、在简要总结动力学定轨基本理论的基础上,通过数值模拟计算分析,提出了用4阶Runge-Kutta-Fehlberg单步积分法作为自主定轨系统的轨道积分方法,并用直接法计算状态转移矩阵。考虑到星上处理器有限的计算能力,论文对自主定轨系统进入工程应用的几个关键问题进行了细致研究。其中包括:在需要大量计算耗时的地球引力加速度计算中,引入了优化递推算法;针对不同轨道高度(低轨卫星),用大量数值积分模拟计算,在不影响轨道精度的情况下,确定合理的重力场模型的阶次和摄动力模型的取舍,确定合理的数值积分步长;给出了与轨道积分相等精度的5阶Hermite多项式轨道内插算法,实现高密度的轨道输出。2、因为星载GPS接收机在地球的电离层中间运行,且其速度为每秒几公里,所以星载GPS测量与地面GPS测量存在一定的差异。本文详细讨论了星载GPS测量的各项误差源及其改正模型,给出了适用于单频星载GPS测量的电离层改正模型。推导了星载GPS伪距观测数据的实测精度的评价方法,用CHAMP和SAC-C星载GPS实测数据进行了验算,为自主定轨的观测噪声协方差矩阵确定以及精密定轨的观测数据加权提供了依据。3、结合自主定轨的轨道预报信息,提出了伪距粗差的探测方法——新息序列探测法。用该方法对星载GPS实测数据进行了处理,结果表明,CHAMP和SAC-C卫星的伪距粗差观测值所占的比例分别达到1.2%和3.0%。如果不加以探测和剔除,几何法实时定轨将出现几百米甚至上千米的轨道偏差。新息序列探测法已经应用于星载GPS自主定轨软件,提高了自主定轨系统的定轨精度和稳定性。4、讨论了几何法实时确定卫星轨道和卫星速度的原理,用星载GPS实测数据进行了模拟试验,总结了几何法实时定轨作为卫星的自主定轨系统存在因观测中断无法定轨、轨道预报精度差等主要问题。5、在卡尔曼滤波的理论基础上,充分考虑了引起卡尔曼滤波发散的主要原因,提出了星载GPS自主定轨的揉合算法——DMC-UDEKF算法。在此理论基础上,使用标准C/C++编程语言,自主研制出一套星载GPS自主定轨软件SATODS。并用大量的星载GPS实测数据进行模拟自主定轨的试验,该算法和软件能够达到±1.5~3.0米轨道精度和±3毫米/秒的速度精度,与国外的自主定轨软件精度水平相当。而且SATODS软件具有较强的可移植性、源代码简洁、占用内存少和运行速度快等特点。在本文的研究成果中,主要创新点可总结为:(1)提出了星载GPS伪距粗差探测方法——新息序列探测法。新息序列探测法与自主定轨系统滤波测量更新阶段的粗差检验方法相结合,不仅可以消除星载GPS伪距观测值的粗差,而且可以消除质量较差的GPS广播星历和钟差对自主定轨系统的影响。(2)提出了星载GPS测量自主定轨的揉合算法,它是动力学定轨理论、动力学补偿算法、推广卡尔曼滤波、U-D分解滤波与星载GPS观测模型等理论的集成应用。用大量的星载GPS实测数据模拟自主定轨计算表明,该算法不仅能够达到±1.5~3米的实时定轨精度,而且具有轨道机动期间的实时定轨能力。(3)成功研发了星载GPS自主定轨软件SATODS,该软件已成功地对大量的星载GPS实测数据进行了模拟自主定轨计算。软件具有较强的可移植性、代码简洁、占用内存少和运行速度快等特点。星载GPS自主定轨理论的建立和软件的成功研制,填补了我国在星载GPS自主定轨方面的一项空白,有助于推动GPS在我国航天领域的应用。
参考文献：
[1]. 星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究[D]. 秦显平. 解放军信息工程大学. 2009
[2]. 星载GPS低轨卫星几何法定轨及动力学平滑方法研究[D]. 吴显兵. 解放军信息工程大学. 2004
[3]. CHAMP卫星非差几何法定轨的研究[D]. 黄胜. 中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所）. 2004
[4]. CHAMP卫星定轨方法研究[D]. 刘红新. 同济大学. 2006
[5]. GRACE卫星精密轨道确定与一步法恢复地球重力场[D]. 闫志闯. 解放军信息工程大学. 2015
[6]. 约化动力学定轨理论与实践[D]. 郭振华. 山东理工大学. 2012
[7]. 基于星载GPS的低轨卫星几何法定轨理论研究[D]. 韩保民. 中国科学院研究生院（测量与地球物理研究所）. 2003
[8]. 基于星载GPS非差观测值的低轨卫星简化动力学定轨理论研究[D]. 朱秀英. 山东理工大学. 2007
[9]. 星载双频GPS精密定轨及精度评估方法研究[D]. 涂先勤. 国防科学技术大学. 2006
[10]. 星载GPS自主定轨理论及其软件实现[D]. 王甫红. 武汉大学. 2006
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