[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

本發明公開了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，包括這些步驟：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。采用本發明的方法能夠解決低軌衛星精密軌道無法實時計算、需事后處理計算的問題。

技術領域

本發明屬于衛星導航技術領域，具體涉及一種短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法。

背景技術

低軌衛星和微小衛星以其低廉的發射和制造成本，獲得了越來越多的青睞。低軌衛星在通信、遙感、資源管理以及空間基準維持等方面做出了巨大的貢獻，其應用也從傳統的對地觀測擴展到導航領域，因而越來越多的低軌衛星發射計劃被提上日程。著名的銥星計劃通過66顆低軌衛星完成了基于低軌衛星的全球衛星通信系統的組網，并于2016年宣布其衛星授時和位置服務(STL)的計劃，宣告導航衛星進入了低軌衛星時代。國內方面，武漢大學正在研制的低軌衛星珞珈一號搭載了天基導航載荷，也開始了低軌導航衛星的探索性研究。

實時獲取精確的衛星軌道是實現精密衛星導航定位的關鍵技術。目前低軌衛星軌道確定方法主要包括三種：地面監測站定軌、星上自主定軌和事后精密定軌。目前GNSS系統，包括GPS，GLONASS，BDS等都使用少數的地面跟蹤站實現軌道全弧段觀測，然后計算和預報衛星軌道，上注到導航衛星。該方法對中高軌衛星較理想，但是低軌衛星軌道低，地面可見區域小，要實現全弧段跟蹤通常需要全球均勻分布的數十個甚至上百個跟蹤站，受地理條件限制，難以實現。星上自主定軌是依靠星上的GNSS接收機或慣性測量單元進行軌道確定，其中基于GNSS觀測值的星上自主定軌方法能夠提供實時，自主連續的LEO軌道，因而應用最廣泛。然而受GNSS導航衛星廣播星歷的軌道誤差和鐘差的影響，基于GNSS觀測值的LEO星上自主定軌通常只能獲得數米量級的定軌精度。事后精密定軌是利用低軌衛星下傳的星載GNSS觀測數據和精密的GNSS軌道和鐘差信息在地面求解LEO的精密軌道，也可以加入地面激光測衛(SLR)的數據聯合解算。后處理LEO精密定軌精度可達2-5cm，但是由于星上觀測數據下傳窗口有限，難以做到實時下傳。另外后處理通常使用批處理最小二乘方式確定軌道，該算法精度較高，但僅適用于后處理或近實時處理。鑒于以上原因，后處理LEO精密定軌無法滿足實時定軌需求。

綜上所述，現有的低軌衛星定軌方法無法提供實時的高精度LEO軌道信息，無法滿足低軌衛星導航實時獲取高精度軌道的需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，為了提供實時的低軌導航衛星的精密軌道和時鐘信息，用以支持低軌導航衛星的精密定位應用，本發明公開了一種短弧段低軌導航衛星實時精密定軌方法。

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，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。