[發明專利]基于偏置星載加速度計的GNSS衛星精密定軌增強方法及系統

有效

• 申請號: 202011029753.7
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112146663B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 鄒賢才;李建成;魏輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/12;G01S19/11;G01S19/33;G01S19/29
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

一種基于偏置星載加速度計的GNSS衛星精密定軌增強方法及系統，所述偏置星載加速度計設置在偏離GNSS衛星質心的位置，選取IGS跟蹤站提供的GNSS觀測數據以及GNSS衛星偏置星載加速度計數據；數據預處理，包括粗差探測、GNSS觀測數據周跳探測、模型改正和偏置星載加速度計數據歸算，得到GNSS衛星質心處的非保守力加速度；結合檢校后的非保守力加速度和GNSS衛星軌道動力學模型，建立GNSS衛星的軌道積分和變分方程；解算GNSS衛星軌道初始參數、GNSS衛星鐘差和星載加速度計校準參數，實現GNSS衛星精密定軌。本發明應用時偏置星載加速度計設計安裝簡易方便，可精確測量GNSS衛星所受到的非保守力，同時避免了傳統方法中復雜的太陽輻射壓建模不精確的問題，可實現GNSS衛星軌道預報。

技術領域

本發明屬于導航衛星精密定軌技術領域，涉及一種基于偏置星載加速度計的GNSS衛星精密定軌增強方案。

背景技術

自上世紀70年代以來，GNSS(Global Navigation Satellite System全球導航衛星系統)以其全球性、全覆蓋、高精度、連續、快速、實時以及高精度等優勢，目前已經被廣泛地應用于測繪、電信、水利、交通運輸和國家安全等諸多領域，并逐步發揮重要作用。GNSS衛星的精密定軌是GNSS技術發展和應用的前提和基礎，只有獲取高精度的GNSS衛星精密軌道，才能進行精密定位和開拓其它應用。GNSS衛星的軌道受到多種攝動力的影響。其軌道動力學模型主要包括保守力和非保守力兩個部分。保守力部分包括地球引力,潮汐引力以及三體引力等，其中地球引力是作用于衛星上的主要保守力；對GNSS衛星(軌道高度20000km以上)而言，非保守力部分包括太陽輻射壓,地球輻射壓等，其中太陽輻射壓是非保守力中的主要部分。對于保守力，均可采用已有模型提供精確的衛星軌道動力學信息；而非保守力部分，尤其是太陽輻射壓，則很難采用模型予以精確改正，非保守攝動力仍是影響GNSS衛星精密定軌的主要因素之一。太陽輻射壓是由于太陽光子與衛星接觸所產生的力,不僅與太陽輻射信息,衛星幾何物理信息以及太陽-衛星軌道面之間的相對位置關系有關，而且受到衛星表面結構、衛星姿態變化等一系列復雜因素的影響。另一方面，星載加速度計可以高精度地測量非保守力，已成功應用于多顆重力衛星任務(CHAMP、GRACE、GOCE和GRACE-FO等)，目前尚未實際應用星載加速度計增強GNSS衛星精密定軌。

針對以上特點，研究人員對GNSS衛星太陽輻射壓模型進行大量研究，提出了多種太陽輻射壓模型；也有研究人員基于模擬數據提出了星載加速度計聯合星間鏈路數據的GNSS衛星自主定軌方法。但這些方法仍存在問題：

(1)太陽輻射壓過于復雜?，F有的太陽輻射壓模型均無法對太陽輻射壓進行理想的改正，精度難以有質的提高。

(2)星載加速度計設置對衛星結構設計要求苛刻。一些方法仿照重力衛星任務的星載加速度計，模擬時將星載加速度計的設計在GNSS衛星質心，然后輔助增強GNSS衛星精密定軌。由于GNSS衛星的功能構造復雜，GNSS衛星的核心功能不受影響的前提下，未來GNSS衛星難以保證星載加速度計設置在GNSS衛星質心，相應的方法將難以應用。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種星載加速度計對衛星結構設計要求簡易，且能精確提供非保守力信息，輔助增強GNSS衛星精密定軌的方案。

為實現上述目的，本發明的技術方案為一種基于偏置星載加速度計的GNSS衛星精密定軌增強方法，所述偏置星載加速度計設置在偏離GNSS衛星質心的位置，定軌過程包括以下步驟，

步驟a，選取全球均勻分布的IGS跟蹤站提供的GNSS觀測數據以及GNSS衛星偏置星載加速度計數據；所述GNSS觀測數據中包含偽距觀測值和載波相位觀測值；

步驟b，對步驟a中得到的全球跟蹤站GNSS觀測數據和GNSS衛星偏置星載加速度計數據進行數據預處理，包括粗差探測、GNSS觀測數據周跳探測、模型改正和偏置星載加速度計數據歸算，得到GNSS衛星質心處的非保守力加速度；