[發(fā)明專利]一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法

有效

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• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111947667B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張悅;江金鳳;樊曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 火眼位置數(shù)智科技服務(wù)有限公司
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01S19/07;G01S19/38;G01S19/39;G01C21/02
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 景鵬;何爽

1.一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一：低軌衛(wèi)星通過饋電上行鏈路或星間鏈路接收高精度GNSS軌道、高精度鐘差、預(yù)報地球自轉(zhuǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行拉格朗日內(nèi)插或外推得到當(dāng)前時刻相應(yīng)值；

步驟二：根據(jù)高精度衛(wèi)星軌道動力學(xué)模型，結(jié)合上注的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)預(yù)報數(shù)據(jù)、太陽輻射通量預(yù)報數(shù)據(jù)通過四階五級龍格庫塔法計算遞推k+1歷元衛(wèi)星位置速度，其中，所述高精度衛(wèi)星軌道動力學(xué)模型包括采用70階的地球重力場模型；

步驟三：對k+1歷元GNSS原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行周跳的探測和修復(fù)；

步驟四：根據(jù)GNSS軌道、鐘差產(chǎn)品修正k+1時刻軌道和時鐘誤差，根據(jù)預(yù)定誤差模型修正天線相位中心偏差、固體潮、電離層的誤差；

步驟五：進(jìn)行卡爾曼濾波量測更新，得到濾波后的位置、速度、整周模糊度參數(shù)，進(jìn)行狀態(tài)向量和方差陣的更新，進(jìn)行下一歷元的計算；

其中，步驟四包括：

步驟401：根據(jù)k+1時刻高精度GNSS衛(wèi)星位置和鐘差，修正廣播星歷的軌道誤差、鐘差；

步驟402：對k+1時刻觀測到的GNSS衛(wèi)星進(jìn)行GNSS天線相位偏差PCO的修正；

步驟403：對k+1時刻進(jìn)行地球固體潮誤差修正，根據(jù)衛(wèi)星位置速度進(jìn)行星上接收機(jī)GNSS天線相位中心偏差改正；

步驟404：根據(jù)k+1時刻低軌星位置和GNSS衛(wèi)星位置，計算觀測仰角，剔除低仰角衛(wèi)星；

步驟405：進(jìn)行觀測值雙頻組合消除電離層誤差，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行GNSS衛(wèi)星天線相位中心變化修正。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法，其特征在于，所述步驟一具體為：

步驟101：高精度GNSS軌道數(shù)據(jù)產(chǎn)品和鐘差數(shù)據(jù)產(chǎn)品實(shí)時從地面數(shù)據(jù)處理中心獲取；

步驟102：采用九階以上的拉格朗日插值法進(jìn)行插值或者線性外推得到當(dāng)前時刻的GNSS軌道數(shù)據(jù)和精密鐘差數(shù)據(jù)、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)和太陽輻射通量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法，其特征在于，所述步驟二具體為：

步驟201：首歷元利用偽距定位結(jié)果進(jìn)行狀態(tài)向量和方差陣的初始化，非首歷元取上一歷元濾波后值；

步驟202：坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣計算，自轉(zhuǎn)參數(shù)計算當(dāng)前儒略日時、地球動力學(xué)時和世界時，然后計算自轉(zhuǎn)參數(shù)矩陣、歲差矩陣、章動矩陣和地球自轉(zhuǎn)矩陣，四矩陣相乘得到當(dāng)前時刻地固系和慣性系轉(zhuǎn)換矩陣；

步驟203：把當(dāng)前衛(wèi)星地固系位置轉(zhuǎn)為慣性系位置，計算衛(wèi)星地球中心引力慣性系加速度和非球形攝動加速度；

步驟204：計算當(dāng)前時刻太陽月亮位置，根據(jù)衛(wèi)星慣性系位置計算太陽月亮三體引力加速度，根據(jù)固體潮模型計算地球固體潮攝動加速度；

步驟205：根據(jù)輸入的太陽輻射通量，根據(jù)大氣密度模型，當(dāng)前衛(wèi)星位置，計算當(dāng)前時刻大氣阻力攝動加速度，根據(jù)太陽光壓模型計算太陽光壓加速度；

步驟206：當(dāng)前所有攝動加速度相加得到當(dāng)前時刻衛(wèi)星所受慣性系加速度，并轉(zhuǎn)為地固系；

步驟207：根據(jù)四階五級龍格庫塔法重復(fù)步驟202~步驟206，計算出k+1時刻衛(wèi)星位置速度加速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法，其特征在于，所述步驟三具體為：

步驟301：對原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)對載波相位觀測值的周跳探測；

步驟302：通過載波相位觀測值的周跳計算，實(shí)現(xiàn)對原始觀測數(shù)據(jù)的修復(fù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)組合的低軌衛(wèi)星實(shí)時高精度定軌方法，其特征在于，所述步驟五具體為：

步驟501：通過消除各項誤差的衛(wèi)星位置和偽距載波觀測數(shù)據(jù)，得到觀測矩陣、偽距載波殘差陣

步驟502：帶入卡爾曼濾波量測更新方程，得到濾波后的位置、速度、整周模糊度；

步驟503：重復(fù)進(jìn)行10次步驟501、步驟502，根據(jù)10次卡爾曼濾波迭代后位置速度值更新狀態(tài)向量和方差陣，進(jìn)行下一歷元計算。