GLONASS广播星历轨道误差分析与精度评估

以2017年GLONASS广播星历为实验数据,从不同型号卫星的多个角度出发对GLONASS广播星历轨道误差与钟差误差短期规律、长期精度及轨道误差统计特征进行了全面的分析研究。分析结果表明:短期内GLONASS卫星轨道误差与钟差都存在约12h的周期规律,新型号的GLONASS-K卫星周期规律更明显。从长期来看,目前GLOANSS广播星历轨道精度在径向、切向、法向可分别达到0.52、2.18、0.71m,GLONASS-K卫星切向精度最差,可达4.18m;钟差精度可达10ns,新型号的GLOANSS-K卫星钟差精度没有明显提高;空间测距信号误差可达3.01m。从GLONASS广播星历轨道误差统计特征来看,只有轨道法向误差均值为0,轨道3个方向误差的相关性不明显,只有轨道法向误差近似服从高斯分布。

GPS/GLONASS广播星历精度分析

广播星历误差直接影响卫星定位的精度,对GPS和GLONASS的广播星历精度进行对比分析,可为组合定位中观测值定权提供依据。为此,以NGA和IAC精密星历为参考,分析了连续两周GPS和GLONASS健康广播星历的轨道和钟差精度,结果表明,目前GPS广播星历轨道空间信号误差(SISRE)优于0.8m,钟差均方根误差在7ns以内,GLONASS广播星历轨道SISRE优于1.5m,钟差均方根误差在15ns以内;同样以SISRE为指标,得出GPS广播星历整体精度优于2m,GLONASS优于5m,建议组合系统定权时可将GPS和GLONASS广播星历先验精度分别设为2m和5m。

GLONASS广播星历用户算法精度分析

分析了GLONASS广播星历的用户算法,指出由于星历参数表示及用户算法的不完善对轨道拟合精度带来损失;分析了用户算法的误差源,并对其大小进行了计算。结果显示,在利用GLONASS广播星历采用数值积分时,由于模型的简化卫星位置计算的精度损失可达0.5 m。

GPS和GLONASS广播星历参数分析及算法

GPS和GLONASS作为当今世界上在轨运行的两大卫星导航系统,其广播星历参数的设计和算法各具特点.本文探讨了GPS和GLONASS广播星历参数设计的物理背景,对它们各自的特征进行了分析比较,最后文章给出了GPS广播星历参数的一种拟合算法.

GLONASS广播星历的精密拟合

本文对GL0NASS广播星历用户算法的进行了分析，指出由于GL0NASS广播星历参数表示的不完善，对用户在拟合卫星位置时带来误差。提出了一种改进GL0NASS星历参数的表示的方法及改进的用户算法，并对改进前后计算的卫星位置精度进行了比较。结果显示，改进后计算的卫星位置精度约5cm。

切比雪夫多项式在GLONASS广播星历中的应用

针对格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)广播星历在计算卫星坐标时需要二次积分并不断迭代,在实时导航中会降低卫星坐标计算效率的问题,提出利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道的方法:利用广播星历原有方法计算卫星坐标并与精密星历进行对比,验证GLONASS广播星历的卫星坐标精度是米级;然后利用切比雪夫多项式对卫星坐标进行拟合,可知不同因素对拟合精度有影响,在固定拟合时间间隔时,随着节点个数增加最优拟合阶数不断增大,而在不同时间间隔下,最优拟合阶数不完全一致。实验结果表明,使用切比雪夫多项式拟合GLONASS广播星历时,根据需求选择合适的拟合时间间隔和拟合阶数,其拟合精度可以满足需要。

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%。

低轨卫星轨道根数型广播星历预报

基于第一类无奇点轨道根数的参数模型设计了17~23参数的8种模型,通过拟合参数外推得到预报轨道,研究拟合轨道与预报轨道间的关系,并探究预报精度的影响因素。实验结果表明:增加参数个数对拟合精度有明显提升。相对于全球定位系统(GPS)的16参数模型,20参数模型的预报精度提升26.2%,拟合精度提升71.2%。同时,使用蜂群(Swarm)卫星、重力反演和气候实验(GRACE)卫星、贾森2号卫星及通信、导航预测中断系统(C/NOFS)卫星的实测数据分析了轨道倾角、轨道高度、偏心率和拟合弧长对预报精度的影响。

GPS/Galileo/BDS-3广播星历精度分析

为了分析当前GPS(Global Positioning System)、Galileo(Galileo Navigation Satellite System)和BDS-3(Beidou Navigation Satellite System with Global Coverage)广播星历的精度,详细分析研究了各种偏差改正及消除方法,并尽可能地消除了系统误差和粗差对评估结果的影响。选取2021-11-01/12-31共61天MGEX(multi-GNSS experiment)发布的多系统混合广播星历与武汉大学分析中心发布的事后精密星历数据进行实验,对GPS、Galileo和BDS-3近期广播星历精度进行对比分析,实验结果表明:3个系统广播星历整体精度由高到低依次是Galileo、BDS-3和GPS,其空间信号测距误差的RMS(root mean square)分别优于0.17、0.25和0.37 m,整体轨道精度的RMS分别优于0.17、0.12和0.25 m,BDS-3广播星历的轨道精度最高,钟差误差的RMS分别优于0.15、0.23和0.27 m,Galileo广播星历的钟差精度最高。对于GPS卫星的广播星历,blockⅢA卫星钟差和轨道精度均优于其他GPS类型卫星。

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。

北斗GEO/IGSO/MEO卫星广播星历的轨道精度评估

获取卫星轨道位置是卫星导航系统进行定位导航的前提,卫星轨道的精度是影响实时定位导航精度的主要因素之一。以武汉大学IGS数据中心发布的精密星历作为参考基准,分析评估了北斗卫星导航系统的地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)、倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,IGSO)和中圆地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)3类轨道卫星的轨道精度。结果表明,GEO卫星的三维轨道精度为2.44~9.88 m,URE精度为2.50~8.45 m;IGSO卫星的三维轨道精度为1.95~3.12 m,URE精度为1.65~2.88 m;MEO卫星的三维轨道精度为1.74~3.18 m,URE精度为1.04~1.53 m;IGSO和MEO卫星轨道精度优于GEO卫星轨道精度,且GEO卫星轨道存在一定的系统偏差;3类轨道卫星的径向轨道精度要优于切向和法向的轨道精度。

GLONASS卫星广播星历精度分析

讨论了对GLONASS卫星广播星历进行误差分析采取的方案;通过对GLONASS广播星历与IAC分析中心精密星历与钟差产品的比较,分析了连续两周所有健康GLONASS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。分析结果表明:当前GLONASS广播星历轨道误差的径向均方根误差在1 m以内,切向均方根误差在6 m以内,法向均方根误差在4 m以内,GLONASS钟差误差均方根误差在15 ns以内;从空间信号测距误差(SISRE)分析,GLO-NASS卫星广播星历整体精度优于4.5 m。

GLONASS和GPS广播星历参数及拟合算法分析

为了进一步为我国北斗卫星导航系统的星历参数设计提供借鉴,着重对格洛纳斯和全球定位系统的广播星历参数及拟合算法进行了对比研究,结果表明:同一组精密星历拟合出的全球定位系统的星历参数得到的卫星坐标精度相对较高;而拟合出的格洛纳斯星历参数在求解卫星坐标的速率方面有优势。

低轨导航增强卫星广播星历拟合模型研究

传统的广播星历模型(如GPS的16参数模型和18参数模型)是针对中高轨卫星设计的,而中高轨卫星与低轨卫星所受摄动力有所区别,如果直接将传统模型应用到低轨卫星上,拟合精度会降低,因此需要针对低轨卫星所受摄动的特点设计更加合理的广播星历模型。考虑到大气阻力主要改变平面内的轨道要素,文章在18参数模型的基础上增加偏心率变化率这一参数,设计基于轨道根数的19参数模型,并分别对不同轨道高度和倾角的卫星进行位置拟合试验。试验结果表明:在相同仿真场景下,19参数模型的位置拟合精度高于18参数模型;同时,对于大倾角卫星的长弧段位置,其拟合精度与26参数模型近似。

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。

基于B1C/B2a观测数据的北斗卫星精密定轨及广播星历轨道分析

利用开通全球服务以来近2 a的iGMAS和MGEX观测数据,确定并分析北斗三号卫星B1C/B2a数据的长时序定轨性能,以评估广播星历轨道对用户定位的影响。结果表明,基于新频点B1C/B2a观测数据的北斗三号MEO卫星精密轨道径向精度约为3 cm, IGSO约为8 cm。除GEO外,北斗三号IGSO/MEO卫星的广播星历轨道在径向、法向和切向的平均精度约为0.11 m、0.36 m和0.38 m,均优于GPS卫星;卫星轨道引起的用户测距误差(SISRE)约为14.5 cm。然而,广播星历轨道的激光测卫(SLR)检核残差结果显示,其轨道径向存在明显系统性偏差,最大可达近10 cm。

广播星历参数变化特征分析与异常监测

针对目前广播星历异常监测存在不能准确辨识出异常星历参数、时延大、易受人工干扰等问题,提出一种基于历史广播星历数据的异常监测方法:利用剔除异常数值后的15个星历参数时间序列,分析存在的时变规律和随机分布情况,结合差分序列,使用常数或包络线确定各卫星星历参数的监测阈值,完成广播星历异常监测。实验结果表明,参数√A、ω、e、i_(0)、Ω_(0)、C_(uc)、C_(us)、C_(rc)、C_(rs)异常概率较小,可直接使用确定阈值探测异常;其他参数异常概率较大,需要结合“自下而上法”对告警数据做出进一步判断,给出异常监测最终结果。

GPS／GLONASS／BDS广播星历精度分析与比较

针对GPS、GLONASS和BDS卫星系统的导航电文，比较分析了广播星历计算方法的异同，并利用广播星历计算了卫星1周的轨道。与精密星历比较结果表明：GPS广播星历精度最高，误差分布比较均匀，星历误差均值小于1．5m，RMS值小于3．5m；GLONASS广播星历误差均值在1．5m以内，星历误差的标准差和RMS比GPS略大，RMS值在5m以内，但存在明显的周期性；BDS广播星历的精度差异明显，GEO卫星的轨道误差大于10m，其他卫星的轨道精度与GPS相当。

一类适用于各种轨道类型的导航卫星广播星历研究

导航卫星广播星历是卫星导航定位的基础,要求有较高的精度和实时性。GPS和GLONASS广播星历形式适合于某一类卫星轨道,但存在一定局限性。利用切比雪夫多项式拟合导航卫星轨道,拟合系数作为广播星历的参数发布,这是一种新的广播星历形式,可作为各种轨道类型的导航卫星的广播星历参数,而且具有精度高、计算速度快等特点。

利用广播星历计算GPS卫星位置及误差分析

为了提高GPS卫星轨道计算的精确性和实时性,通过对GPS卫星的广播星历进行分析,利用从广播星历中获取的开普勒轨道参数和轨道摄动修正项,以2005年11月6日的R INEX格式的广播星历为例,通过编程,计算了07号卫星当天24 h的轨道位置坐标,并将其与当天的精密星历所提供的卫星轨道位置坐标进行对比,并对广播星历的轨道精度进行初步的讨论。结果表明,该方法确实提高了GPS卫星轨道位置坐标计算的精度。利用广播星历计算GPS卫星位置的误差主要是由于时间外推方法造成的。