[發明專利]一種短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法

有效

• 申請號: 201710547749.1
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107153209B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 陳銳志;王磊;李德仁
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法，該方法利用四臺或四臺以上地面接收機同時跟蹤若干顆GNSS(全球導航衛星系統)導航衛星和LEO(低軌)導航衛星的導航信號，并實時發送到數據中心，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，觀測數據的獲取與數據預處理；

步驟二，各個接收機間精密時間同步；

步驟三，利用天頂方向對流層延遲和投影函數計算LEO視線方向的對流層延遲；

步驟四，修正接收機硬件延遲，形成LEO定軌幾何觀測方程；

步驟五，聯合LEO的動力學模型和幾何觀測方程求解LEO精密軌道和精密鐘差；

步驟六，LEO精密軌道和精密鐘差的實時分發。

2.根據權利要求1所述的短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法，其特征在于：所述導航信號包括GPS，GLONASS，BDS，Galileo，IRNSS，QZSS衛星導航系統的導航信號，導航信號內容包括偽距碼觀測值、載波相位觀測值和多普勒觀測值。

3.根據權利要求2所述的短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法，其特征在于：所述時間同步采用絕對時間同步，其方法是數據中心利用各接收機接收到的導航衛星信號和從外部數據流解碼獲得的精密衛星軌道和鐘差信息，約束地面接收機坐標，采用濾波的方式解算精密的接收機鐘差、天頂方向對流層延遲和模糊度參數。

4.根據權利要求3所述的短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法，其特征在于：所述絕對時間同步的解算方法如下：

導航衛星的偽距和載波相位觀測值表示為：

式(1)中：P_i和φ_i分別表示第i個頻點的偽距和載波相位觀測值，以米為單位，ρ表示衛星和接收機間的幾何距離，δ_orb表示軌道誤差，δt^S和δt^R分別表示衛星和接收機的時鐘偏差，以秒為單位，I_i和δ_trop分別表示電離層和對流層延遲影響，N_i表示第i個頻點的整周模糊度，ε_Pi和ε_φi分別表示偽距和載波相位的接收機觀測噪聲，c表示真空中光速；λ_i表示第i個頻點載波波長，以米為單位；

時間同步的觀測模型表示為：

式(2)中：E(·)為GNSS觀測值向量，C為鐘差參數的系數矩陣，T為一個包含對流層投影函數的列向量作為天頂對流層延遲參數的系數矩陣，Λ為模糊度參數的系數矩陣；

考慮到實時估計的需求和參數變化的非線性特征，參數估計使用擴展的卡爾曼濾波(EKF)實現；

考慮到接收機鐘差較好的短期穩定度和長期漂移特性，濾波過程中接收機鐘差參數使用隨機游走過程模擬，根據接收機鐘的質量和穩定度施加合適的過程噪聲；

采用隨機游走過程對對流層天頂方向濕分量影響進行模擬，對流層延遲量與導航信號傳播路徑有關，在參數化時利用對流層投影函數將各個接收機衛星視線方向的對流層延遲投影至測站天頂方向，記作

δ_trop＝δ_trop,z*MF (3)

式(3)中：δ_trop表示信號視線方向對流層延遲，δ_trop,z表示天頂方向對流層延遲，MF表示對流層投影函數，選擇一種投影函數實現對流層延遲從導航衛星信號視線方向到測站天頂方向的投影；

模糊度參數在接收機載波環正常鎖定的情況下當作常數，在載波環抖動或者失鎖的情況下，模糊度參數重置；

濾波完成后，獲得各個接收機鐘面時和GNSS系統時之間的偏差以及各個接收機天頂方向的對流層延遲。

5.根據權利要求4所述的短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法，其特征在于：所述對流層投影函數MF包括Marini函數、Chao函數、Herring函數、Neil投影函數(NMF)、Global投影函數(GMF)、Vienna投影函數(VMF)，還包括自定義投影函數和區域投影函數。