综合无奇点根数和坐标旋转的广播星历拟合及其性能评估

将无奇点根数和坐标旋转方法综合运用到地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星的18参数星历拟合,解决GEO卫星的小偏心率奇点和小倾角奇点问题。基于5颗北斗在轨GEO卫星1a的轨道数据,分析全年星历拟合精度和稳定性,对卫星进出地影的拟合精度进行定量分析,针对Δn参数超限问题,比较绕X轴旋转5°和55°的Δn参数变化范围。结果表明,2~4h的拟合弧长5颗GEO卫星的星历拟合精度最大为3cm,迭代次数最多为5次;拟合弧长越长,拟合精度越低,迭代次数更少;当拟合弧段包含进出地影轨道时,拟合精度降低;旋转55°比旋转5°Δn参数的变化范围减少一个数量级,Δn参数全年无超限现象。

星基增强系统10参数广播星历拟合分析

为满足多种卫星轨道的应用需求,在星基增强系统新增的L5信号接口中重新设计了一种10参数星历模型。使用2016年北斗卫星系统地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星的精密轨道数据,在内符合精度、拟合成功率以及运算速度等方面,分别评估了10参数星历模型在这些卫星轨道上的拟合效果。试验结果表明,10参数星历模型可以保证10^(-3)cm左右的内符合精度。但地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的拟合成功率分别为89.36%和99.17%。尝试去除idot参数以解决拟合失败的问题,结果表明,该处理可以实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所上升,且对不同的轨道类型,拟合运算速度有不同程度的提升或下降。

GEO导航星广播星历拟合改进算法设计

设计了倾角较小的GEO导航星的广播星历拟合算法。该方法的核心思想是在常规拟合算法的基础上对位置观测量进行合理的坐标系参考平面旋转,特别是提出针对拟合迭代初值进行相应的坐标变换,从而既可以解决轨道参数拟合的相关性问题,使轨道参数拟合快速收敛,同时又兼顾了用户接收机的计算简便化。通过仿真验证,该方法简洁有效,拟合中误差RMS在厘米量级,能够保证拟合精度。

参考系选择对广播星历拟合精度的影响

通过对MEO、IGSO、GEO三类导航卫星广播星历的开普勒轨道根数拟合法和拟合精度的分析研究，提出了简化GEO卫星星历拟合和用户算法的新方法，并根据不同卫星的星历拟合算例分析，得出以下主要结论：开普勒轨道根数拟合广播星历的方法，能很好吸收坐标变换过程中岁差、章动、极移、地球自转等因素对卫星星历拟合精度的影响，卫星广播星历拟合的楠度，主要取决于参数拟合采用的形式是否与卫星受到的摄动力表现形式相吻合．

地球静止轨道卫星广播星历参数拟合与试验分析

介绍GEO卫星广播星历参数超限的现象和规律,根据解算方程病态性和轨道动力学特性分析该参数超限的原因,设计在不显著损失精度前提下多种改善参数超限的拟合方案,利用实测数据进行试验。结果表明:固定超限参数的同时解算其余星历参数和进行参数岭估计的方法,都能够有效地抑制并解决参数超限问题。

第一类无奇点变量的广播星历参数拟合算法

广播星历参数是卫星导航电文的重要内容,一般通过对精密星历进行参数拟合得到,广播星历参数的拟合大多采用基于开普勒根数形式的广播星历参数拟合算法,研究表明,该方法在小偏心率轨道情形下,拟合精度较差。文章给出了基于第一类无奇点变量形式的广播星历参数拟合算法,仿真结果表明,采用第一类无奇点变量,可以有效解决小偏心率引起的拟合精度损失问题,拟合精度可达毫米级;此外,讨论了小倾角情况下算法的适应性,仿真结果表明,基于第一类无奇点变量的广播星历参数的拟合算法不能很好地适应小倾角情况;最后,对导航电文的外推能力进行了分析,并结合自主导航实际工程应用给出了自主导航电文拟合弧段长度为2h,更新频率为15min的初步设想。

切比雪夫多项式在精密星历拟合中的应用

在GPS高精度定位中,通常采用精密星历来获取观测卫星的位置。而当前一些国际组织发布的精密星历的采样率有限,因此,在GPS数据后处理中,用户需要采用一定的方法才能获得任意时刻卫星的位置。采用切比雪夫正交多项式来拟合卫星的轨道,其精度完全符合要求。

参考系选择对Kepler广播星历参数拟合精度的影响

通过对MEO、IGSO、GEO三类导航卫星广播星历的开普勒轨道根数拟合方法及其拟合精度的分析研究，得出结论：开普勒轨道根数拟合导航卫星广播星历的方法，能很好吸收坐标变换过程中岁差、章动、极移、地球自转等因素对卫星星历拟合精度的影响。

GPS广播星历的拟合与拟合历元数的影响分析

导航卫星的广播星历拟合是卫星导航系统中一个重要的技术环节,影响到用户的定位精度。本文推导了星历参数的拟合算法,并且通过算例得到了较高精度的参数拟合结果。参数的拟合结果中大数量级的拟合参数达到了1.0e+06及以上的拟合精度,小量级的参数拟合精度受到计算机浮点数的精度影响较大,有待进一步提高。文中分析了不同拟合历元数对参数拟合结果的影响,通过探测突变的拟合历元,有助于寻找最佳的拟合时长。

模拟器基于开普勒参数的GLONASS卫星位置预测

GLONASS卫星导航系统由于采用卫星状态矢量参数的电文,给模拟器卫星位置计算预测带来了复杂性。论文提出一种基于开普勒轨道根数的GLONASS卫星位置计算方法,它从GLONASS卫星状态矢量参数拟合出开普勒轨道参数,在模拟器中可以像GPS系统一样计算预测卫星位置,减小了计算复杂性。文中通过与四阶Runge-Kutta数值积分法比较,验证了算法的有效性。

北斗GEO卫星用户算法的改进方法

针对北斗GEO用户算法需要进行5°倾角的坐标旋转处理这一过程,提出了采用经典广播星历参数用户算法直接解算北斗GEO卫星位置的改进方法,并同时给出了相应的基于第二类无奇点根数的广播星历拟合算法。该算法采用第二类无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历参数拟合过程中法化矩阵奇异的问题。从而避免了北斗GEO用户算法中坐标旋转处理过程,减少了GEO用户算法的计算步骤。仿真表明,提出的改进方法在卫星轨道拟合过程中与原算法精度相当;在卫星轨道外推过程中与原算法相比略有精度损失,但仍满足用户导航定位精度的需求。采用实际北斗GEO星历解算的轨道数据验证了改进算法的有效性。

北斗导航卫星相位中心修正

北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）发播电文时利用卫星钟差a0参数修正了B3频点相位中心与质心差异的大部分偏差,利用卫星群延时间参数（timing group delay,Tgd）修正不同频点相位中心的差异部分。该方法实质是利用各向同性的卫星钟差修正具有各向异性的天线相位中心偏差,改正精度有限。为进一步提高广播星历精度,提出了先对卫星位置进行相位中心改正,再对相位中心的轨迹进行广播星历拟合的处理方法,分别比较了两种改正方法对用户距离误差（user range error,URE）以及精密单点定位精度的影响。分析表明,两种方法都能使URE和定位精度得到提高,且新方法比利用卫星钟差a0参数的修正精度提高了约76%,定位精度提高了约12.5%,同时新方法的改正精度不受时空因素影响。利用广播星历拟合修正天线相位中心与不进行天线相位中心比较,定位精度提高约38.1%。最后分析了Tgd参数修正各频点天线相位中心不一致的残差,影响在毫米级,可以用于修正相位中心的频间差异。