【摘要】： 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，涉及政治、經(jīng)濟、軍事等領(lǐng)域，對維護國家利益具有重大意義。中國作為發(fā)展中國家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，有必要也有能力擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。繼美國的全球定位系統(tǒng)(Global Position System，GPS)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，以及歐盟的“伽利略計劃”之后，中國也正在籌建自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。 導(dǎo)航衛(wèi)星軌道信息是定位的基本要素，其誤差會直接影響用戶定位的精度。導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道確定中采用的觀測數(shù)據(jù)是包含衛(wèi)星鐘誤差與用戶接收機鐘誤差的偽距測量量。在時間同步系統(tǒng)的支持下，可以獲得鐘差信息，此時偽距測量量可以等價于距離測量量，衛(wèi)星軌道確定就簡化為測距類型數(shù)據(jù)的定軌。而如果沒有時間同步系統(tǒng)的支持，但是接收機同時接受了兩顆以上衛(wèi)星的偽距數(shù)據(jù)，則可以通過星站間的同歷元差分消除鐘差或通過非差方法估計出鐘差。 在導(dǎo)航系統(tǒng)工作的某些情況下，如系統(tǒng)布設(shè)的初期只有一顆工作衛(wèi)星或者在某顆衛(wèi)星進行軌控或機動后，需要對單顆導(dǎo)航衛(wèi)星進行定軌。這時無法或者不便通過同歷元差分手段消除偽距數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差。如果對偽距數(shù)據(jù)做歷元間的一次時間差分，由于相鄰時間歷元的偽距相減，兩個歷元共同的鐘差被減掉，剩余的鐘差量級很小。歷元間差分只提供關(guān)于軌道的差分信息，其定軌的幾何強度也因此降低，定軌精度也不是很高。通過對GPS星座的PRN02星進行定軌實驗，發(fā)現(xiàn)這種定軌方法，徑向精度超過8米，沿跡方向偏得更是厲害，竟超過150米。 考察衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差的特性以后，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星鐘差和接收機鐘差大致都可以表示成一次多項式的形式，這樣偽距測量模型就等價于帶線性變化偏差的測距模型�；诖�，將其偏差(bias)及偏差漂移(drift)在定軌時加以估計，則可以在很大程度上消除鐘差。通過對GPS星座的PRN02星進行定軌實驗，發(fā)現(xiàn)這種定軌方法明顯要比歷元間差分好得多，徑向的精度不超過3米，沿跡方向的精度不超過20米，但是法向的精度要差一些，超過40米。初步分析認為，這是因為定軌時用的觀測資料，全是國內(nèi)的測站提供的，對應(yīng)的測軌弧段只覆蓋了衛(wèi)星弧段的很小一部分，測軌數(shù)據(jù)對衛(wèi)星軌道的法向分量無法提供較強的約束，導(dǎo)致法向的誤差較大。增加了國外的觀測資料以后，大大提高了法向和沿跡方向的精度，這也驗證了上述分析。 考慮到北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星本身的信號由原子鐘提供頻率標準，而測軌監(jiān)測站的接收機也采用原子鐘提供頻率標準，其鐘差的非線性行為將好于一般的GPS接收機，所以有必要模擬具有穩(wěn)定鐘差的偽距觀測數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果表明，對于傾斜地球同步軌道(Inclinined GeoSynchronous Orbits，IGSO)衛(wèi)星和中地球軌道(Medium Earth Orbits，MEO)衛(wèi)星，這種定軌方案可以期望得到更高的定軌精度。對于地球靜止軌道(Geostationary Earth Orbits，GEO)衛(wèi)星，在所有的測站都沒有時間同步信息的情況下，這種定軌方案無法確定其軌道。要想能夠確定其軌道，至少要有兩個測站有時間同步信息；如果有超過4個測站有時間同步信息，可以期望得到更高的定軌精度。 學(xué)位攻讀期間將IERS規(guī)范(2003)實現(xiàn)在上海天文臺的精密定軌軟件SHORDE中。IERS規(guī)范(2003)，是國際地球自轉(zhuǎn)與參考系服務(wù)(International EarthRotation and Reference Systems Service)，為了滿足更高精度的計算要求，公布的最新的標準。它在1983MERIT標準、IERS1989標準、IERS1992標準和IERS1996規(guī)范的基礎(chǔ)上進行了改進，它定義了目前IERS使用的常數(shù)、模型、方法和計算步驟等，為實際應(yīng)用提供基準和比較。IERS規(guī)范(2003)相比IERS規(guī)范(1996)在參考系、重力場以及測量模型等方面的改進，基于此對SHORDE進行改進。通過對lageos1、lageos2進行的定軌實驗發(fā)現(xiàn)，IERS規(guī)范(2003)對定軌精度的提高非常有限，這可能和目前的觀測精度有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海天文臺）
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：P173;P228.1
【圖文】：

為了分析歷元間差分算法確定單顆導(dǎo)航衛(wèi)星軌道的定軌精度，我們將三天觀測資料解算的軌道與IGS精密星歷在徑向、切向以及法向三個方向的比較畫出，如圖3.1所示。從該圖可以看出徑向、切向以及法向三個方向的誤差分別達到8.36m、153.90m、63.52m。徑向和法向基本表現(xiàn)為以零為均值得周期變化，切向也有周期變化但是均值不為零，且偏離很大。這樣的定軌精度還是比較低的。初步分析認為，歷元間差分這種處理鐘差的方法，雖然解決了鐘差的問題，但是只提供軌道的差分信息，其定軌的幾何強度降低，也導(dǎo)致了定軌精度不是很高。另外我們定軌的測軌網(wǎng)集中在我國大陸地區(qū)，對應(yīng)的測軌弧段只覆蓋了衛(wèi)星弧段的很小一部分，特別是所有測站均位于北半球中緯度地區(qū)，測軌數(shù)據(jù)對衛(wèi)星軌道無法提供較強的約束，這也導(dǎo)致了較低的定軌精度。

【引證文獻】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李敏;多模GNSS融合精密定軌理論及其應(yīng)用研究[D];武漢大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 王丹丹;基于月球平動點軌道的星座自主定軌研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2010年

2 李海生;基于星間測距及方向約束的導(dǎo)航星座自主定軌技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

3 孫娟;導(dǎo)航星座星間鏈路設(shè)計研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 郭振華;約化動力學(xué)定軌理論與實踐[D];山東理工大學(xué);2012年

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本文編號：2759517