广播星历旋转误差对低轨星载BDS-3/GPS实时精密定轨影响分析

基于LT-01A卫星星载BDS-3/GPS观测值进行了星载实时精密定轨研究,并重点分析了广播星历旋转误差对实时定轨精度的影响。通过赫尔默特转换评估了所选时段内GPS和BDS-3广播星历轨道旋转误差,显示BDS-3广播星历旋转误差可达-8.7 mas,平均量级较GPS大约2.5倍。BDS-3广播星历经旋转改正后,轨道切向、法向均方根(RMS)误差从25 cm左右提升至10 cm量级,提升幅度超过50%。因此,基于星载BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨精度受BDS-3星历旋转误差影响严重,且主要作用于切向和法向。经过旋转改正后,单独BDS-3实时定轨在切向、法向、径向RMS分别为21.0 cm、10.7 cm及11.2 cm,其切向和法向精度比改正前分别提升15.0%和31.8%;BDS-3与GPS联合定轨进一步提升切向精度至19.4 cm。得益于BDS-3广播星历较高的精度,单BDS-3以及BDS-3/GPS联合的实时定轨在旋转改正前的三维RMS分别为31.9 cm和29.2 cm,较单GPS实时定轨分别提升9.1%和16.8%;添加旋转改正后,其定轨精度分别提升至26.7 cm和25.0 cm,较单GPS实时定轨分别提升22.6%和27.5%。

GNSS广播星历精度评估与分析

为了进一步探讨全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统(BDS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)、格洛纳斯全球卫星导航系统(GLONASS)的广播星历特性,并分析其精度和定位性能,对2023年3月的数据进行处理。结果表明:除GLONASS系统外,其他全球卫星导航系统(GNSS)广播星历卫星轨道精度在3个方向均优于1 m,GPS和Galileo系统广播星历卫星钟差精度均优于1 ns;当广播星历参数采用相同的更新间隔时,BDS系统对应的轨道精度较高,四大系统按轨道精度从高到低排序依次为BDS、GPS、Galileo、GLONASS;当广播星历采用10 min更新间隔时,不同于卫星轨道,BDS相应卫星钟差精度较低,这可能与BDS广播星历采用的时间同步技术有关;单点定位结果表明,BDS、GPS、Galileo系统对应的广播星历定位平面精度均优于1.3 m。

空间信号误差对北斗单向授时的影响

北斗卫星广播星历是影响授时服务的主要误差源,分析它的精度是非常必要的。分析了空间信号误差的主要组成星历误差和星钟误差的计算方法,并阐述了计算过程中应注意的问题:参考时间尺度不一致、坐标系不一致和卫星位置参考点不一致。以IGS分析中心GFZ提供的事后精密星历为参考,利用北斗卫星广播星历分析了空间信号误差对北斗单向授时的影响。结果表明,空间信号误差对北斗单向授时的影响随机波动在7 ns以内,由于不同北斗卫星对应的星钟误差中存在大小不等的系统误差,导致星钟误差对单向授时结果的影响大于星历误差。

基于频谱分析的IGS精密星历卫星钟差精度分析研究

采用频谱分析法,对IGS精密星历中各卫星的钟差精度进行了分析,发现不同的卫星钟钟差存在精度差异;通过与卫星钟差的标称精度相比较,发现部分IGS精密星历钟差还存在量级偏差。

GPS广播星历位置、速度和钟差精度分析

讨论了广播星历精度分析预处理的关键问题,统计了10 d卫星位置、速度和钟差误差。结果表明,卫星轨道各方向误差均小于2 m,卫星钟差均值和均方根均小于8 ns,卫星速度偏差小于0.5 m/s,空间测距误差小于2.5 m。相对于2006年的统计结果,精度有了一定程度的提高。

GPS广播星历的轨道误差分析

分析了2002—2006年GPS广播星历轨道误差的变化情况,并对其影响因素进行了讨论。分析表明,由于L-AII计划的实施和其他工作,2006年GPS广播星历的轨道精度较2002年有了较大的提高。

IGS精密星历的误差分析

采用高精度的ITRF2000全球参考框架、新的地球物理模型和误差改正模型、统一的卫星轨道参量和地球自转模型、统一的数据处理策略,重新处理了IGS全球跟踪站数据以求解1994～2004年的GPS卫星轨道。通过轨道比较评估了IGS精密星历的系统偏差和随机误差,发现IGS精密星历标称精度和实际精度存在差异,特别是早期结果。IGS精密星历在不同时期存在不同的系统偏差,主要由其在不同时期采用的不同ITRF序列参考框架之间的差异引起,IERS公布的转换参数不能完全表征ITRF序列间的差异。相对于重解精确轨道,IGS精密星历随机误差随时间逐渐减小,1994年为15～20cm,1998年逐渐减小到6～8cm,1998年以后小于5cm。

GPS 广域增强系统(WAAS)建模及数字仿真

研究了一种ＷＡＡＳ的实现方案，主控站利用各基准站的观测数据估算ＧＰＳ卫星的三维星历误差、时钟误差的等效距离误差（包括ＳＡ误差）、电离层时滞参数及完好性信息，并将这些误差修正量及完好性信息发送给用户。仿真结果表明，利用这些ＷＡＡＳ校正量后，用户的定位精度可以得到很大的提高，并且定位精度在较大的范围内与用户的位置基本上无关。

GPS卫星轨道数值积分与广播星历及IGS精密星历的比较

本文采用作者自编的SPPORB IT程序,对GPS卫星轨道的运动方程进行Adam s数值积分求解,同时利用广播星历计算卫星轨道坐标,然后将两者结果同IGS精密星历提供的卫星坐标进行比较,并探讨其轨道误差,计算结果显示广播星历与精密星历差值在2m左右,而数值积分与精密星历的差值在2 cm左右,进一步的分析表明前者误差较大是没有考虑卫星所受的太阳光压、日月引力等影响,而后者考虑了这些影响。鉴于IGS提供的是地固系坐标,而本文数值积分是在惯性系坐标系下进行的,因此本文还举例对惯性坐标系和地固系之间的坐标转换进行了描述。最后,通过实例说明SPPORB IT程序的稳定性以及Adam s数值积分方法的有效性。

北斗广播电文钟差模型精度评估及改善策略

星载原子钟是北斗卫星导航系统(BDS)的核心设备,其钟差模型是北斗广播电文的重要组成部分,模型精度直接影响BDS的服务性能。本文采用星地双向时频传递(TWSTF)钟差测量为参考,评估了BDS广播电文钟差模型精度,结果表明BDS广播电文钟差模型精度优于2 ns(数据龄期小于12 h)。针对BDS广播电文钟差参数解算问题,结合BDS地面段的钟差模型解算策略,本文提出进一步提升精度的多种策略。对于1 h时长的短期预报,本文提出加权线性模型与混合区间线性模型的钟差拟合预报方法,短期预报精度可提高20%以上;对于预报时长大于6 h的中长期预报,本文采用谱分析钟差时间序列,并根据谱分析结果构造预报模型,与简单的二次多项式模型预报相比,预报6 h精度提高13%,预报12 h平均提高了21%;对于IGSO/MEO卫星,本文提出将TWSTF的设备时延值作为参数估算,使钟差模型在设备切换后精度提高18%。最后,利用本文提出的改进策略对2017年1月—6月的钟差数据重新处理,获得了新的广播电文钟差模型时间序列。利用新的广播电文钟差模型进行北斗监测接收机定位,结果表明,N、E、U 3个方向精度分别提高14.22%、29.39%、14.91%,显著提升了BDS广播电文钟差服务性能。

一种深空天文测角导航中的星历误差抑制方法

以火星探测器为例,提出一种以星光角距/时间差分星光角距作为量测量的星历误差抑制方法,分析了火卫一星历误差对导航精度的影响,建立了火卫一时间差分星光角距的量测模型。通过将火星星光角距和火卫一星光角距相结合,发挥了两种量测的优势,实现了对火卫一星历误差的抑制。仿真结果表明,基于星光角距/时间差分星光角距天文导航方法的位置误差是传统基于星光角距天文导航方法的64%,是基于时间差分星光角距导航方法的58%。此外,还分析了导航恒星个数、火星敏感器精度、火卫一敏感器精度、星历误差大小和滤波周期对导航性能的影响。

Galileo广播星历评估及其对定位精度的影响

分析现阶段伽利略空间信号的精度,并评估伽利略广播星历及其对单点定位的影响。统计30d健康卫星广播星历,结果表明,FOC和IOV两种类型的广播星历卫星轨道误差优于0.8m,并且径向误差最小,法向误差次之,切向误差最大;伽利略卫星的钟差误差精度达到1.0ns;从空间信号测距误差对伽利略卫星进行整体分析,广播星历精度优于1.0m,FOC与IOV卫星精度相当;用广播星历进行事后单点定位的精度可以达到dm级。

GPS精密卫星钟差的计算模型研究

为解决卫星相对钟差估计问题,设计3种观测网布设方案,比较采用不同网型数据计算的卫星钟差结果,并将计算所得的卫星钟差应用于精密单点定位计算,分析其对定位精度的影响。结果显示,卫星钟差的计算模式与跟踪站位置无关,小区域计算的卫星钟差也具有较高的应用价值。

基于SGP4模型的卫星多普勒频移补偿方法研究

针对卫星与地面站进行通信时,地面站接收到的信号存在明显的多普勒频移现象,提出了一种基于SGP4模型的卫星多普勒频移补偿算法。首先,根据开普勒定律推导出多普勒频移公式;然后由卫星星历信息,基于SGP4模型预测出卫星的轨道,计算出卫星和地面站之间的相对位置和相对速度,得出多普勒频偏,在地面站分别进行预校正与补偿;最后,使用STK/HPOP生成标称轨道对SGP4模型生成的预测轨道进行误差分析和性能评估。仿真结果表明,对于工作在Ka频段、轨道高度200~1 000 km的低轨卫星,多普勒频偏估计精度优于50 Hz,精度高;随着轨道高度的增加,多普勒频偏估计更加精确。

IGS超快速星历预推GPS卫星轨道精度分析

在GPS卫星星历中,除了GPS广播星历能被GPS用户实时获取进行实时定位和导航外,IGS超快速星历(IGU星历)有24 h的预推轨道也能被GPS用户实时得到,可以利用IGU星历的预推轨道进行实时定位和导航。文中对IGS发布的IGS超快速星历(IGU星历)预推轨道精度进行了分析。研究表明,随着IGU发布的频度提高,其预推轨道精度也进一步提高,对于每天发布4次的IGU星历,预推轨道的前6 h轨道精度在X、Y、Z方向分别为3.2 cm3、.4 cm、3.2 cm。

GPS广播星历误差及对单点定位的影响

利用国际GPS地球动力学服务(International GPS service(IGS)for geodynamics)提供的广播星历和精密星历数据,分析GPS广播星历的轨道精度及变化规律。广播星历的轨道精度一般在5 m左右,且明显表现出周期性变化规律。另外,从单点定位的原理出发分析了GPS广播星历误差对单点定位精度的影响。

GPS广播星历误差影响诊断与预测模型研究

分析了GPS卫星星历误差的影响特征与规律,提出了广播星历误差影响诊断与预测模型。首次采用星站双差分技术试验研究GPS卫星广播星历误差影响值,推导了星站双差解析模型;最后,进行了试验和技术分析。得出了该方法相应的精度与技术措施。

星钟和星历误差分离的广域差分新方法

针对WAAS等传统的广域差分方法存在DOP值太大和要求基准站时间严格同步等问题,提出了星钟和星历误差相对分离的广域差分新方法。提出的相对分离理论包括以所有卫星的广播星历为基准的星钟误差的相对分离,以各卫星星钟误差相对分离结果为基准的相对星历误差分离和固定偏差的星钟二次修正三部分,其可简单归纳为星钟-星历-星钟的修正思路。这种方法除无需基准站同步外,用户定位比WAAS准。理论论证和算例仿真证明这种理论是科学的,对建设各种卫星导航系统的差分增强系统均是适用的。

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PPP的对流层延迟估计方法及其影响因素分析

介绍利用精密单点定位（PPP）技术进行天顶对流层延迟（ZPD）估计的方法,从投影函数模型选取、卫星截止高度角设置、精密星历与精密钟差的使用3方面分析了各种因素对天顶对流层延迟估计精度的影响,确定了相对较优的模型和数据处理策略。大量的算例和分析表明：采用NMF与GMF均可获得较高精度的ZPD,二者差异甚小;采用5°10°的截止高度角更利于得到较好的ZPD结果;采用快速精密星历和钟差、实时观测精密星历和快速精密钟差解算的ZPD结果与采用事后精密星历和钟差的精度是相当的,而采用外推超快精密星历和快速精密钟差解算测站ZPD值的结果精度稍有下降,但仍具较高的精度。