星載gps衛(wèi)星定軌分析 (1)

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1、摘要在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究中，軌道的精密確定和預(yù)報(bào)是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，軌道精度也是衡量衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)，而利用導(dǎo)航星座進(jìn)行低軌衛(wèi)星精密定軌是目前應(yīng)用領(lǐng)域最前沿的方向。如何提高低軌衛(wèi)星的軌道精度是目前衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研究的一大重要課題。本文首先研究了衛(wèi)星精密定軌的基礎(chǔ)理論，包括時間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)，然后闡述了星載GPS低軌衛(wèi)星定軌的主要方法，接著分別從幾何法定軌、動力法定軌以及卡爾曼濾波定軌三個方面進(jìn)行算例分析，進(jìn)而對比得出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：星載GPS，低軌衛(wèi)星，幾何法定軌，動力法定軌，卡爾曼濾波ABSTRACTSatellitenavigati

2、onsystemisbasedonpreciseorbitdeterminationandprediction.Theprecisionofitsorbitisanimportantcapacityindexforsatellitenavigationsystem.Todeterminethepreciseorbitsoflow-orbitsatellitesisoneofthehotspotsinsatellitegeodesystudiesnowadays.Itisakeyproblemthathowtoimprovetheorbitprecisionofthel

3、ow-orbitsatellitesinsatellitenavigationtechnologystudy.Thethesisfirstresearchesthebasictheoriesaboutpreciseorbitdeterminationsystematically,includingtimesystemsandcoordinatesystems.Then,itinvestigatesthemainmethodsofthelow-orbitsatellitesequippedGPSreceiversonboard.Atlast,theauthoranaly

4、zetheorbitdeterminationoflow-orbitsatellitesfromabsolutedetermining,dynamicmethoddeterminationandKalmanfiltering,andthencomparingtheadvantagesanddisadvantagesofeachmethod.Keywords:on-boardGPS,low-orbitsatellites,absolutedetermining,dynamicmethoddetermination,Kalmanfiltering目錄1緒論11.1研究的目

5、的與意義11.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀21.3本文研究的主要內(nèi)容52時間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)72.1時間系統(tǒng)72.2時間系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換112.3坐標(biāo)系統(tǒng)122.4坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換173星載GPS低軌衛(wèi)星定軌主要方法193.1星載GPS低軌衛(wèi)星幾何法定軌193.2星載GPS低軌衛(wèi)星動力學(xué)定軌233.3星載GPS低軌衛(wèi)星卡爾曼濾波定軌264星載GPS低軌衛(wèi)星定軌方法的比較分析294.1幾何法定軌應(yīng)用算例分析294.2動力法定軌應(yīng)用算例分析314.3卡爾曼濾波法應(yīng)用算例分析345總結(jié)與展望395.1本文主要工作395.2對未來的展望40參考文獻(xiàn)421緒論1.1研究的目的與意義星載GP

6、S實(shí)時定位(定軌)可以為各類中低軌衛(wèi)星和載人航天器的有效載荷，特別是大型對地觀測有效載荷，提供實(shí)時的軌道數(shù)據(jù)，不僅精度高，而且可以大大減輕地面測控網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。因此開展該項(xiàng)目研究，既符合國內(nèi)當(dāng)前的實(shí)際情況，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)需求，又符合國際發(fā)展的趨勢，具有一定的前瞻性。對于改善定位(定軌)精度，提高衛(wèi)星自主導(dǎo)航能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價值，也為將來的實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前低軌衛(wèi)星定軌最佳方案是采用綜合定軌的形式。作為綜合定軌法的基礎(chǔ)，動力學(xué)定軌和幾何法定軌理論都已有較為成熟的理論，但都需要不斷地改進(jìn)和完善。到目前為止，星載GPS定軌的研究雖然己經(jīng)取得了一定成果，但還

7、存在一些有待解決的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。1.1.1動力模型的問題動力學(xué)定軌方法涉及最多的是動力學(xué)方程中攝動力模型的問題，關(guān)于如何使用攝動力模型以及如何進(jìn)一步細(xì)化攝動力模型，目前還需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和完善。1.1.2數(shù)據(jù)預(yù)處理問題精密軌道的確定需要高精度的觀測數(shù)據(jù)。盡管目前的GPS觀測精度6已大大提高，但在實(shí)際觀測中，由于星載GPS接收機(jī)鐘的不穩(wěn)定、電離層閃爍或GPS衛(wèi)星失鎖等各種因素的影響，在觀測數(shù)據(jù)中，往往存在著一定數(shù)量的粗差和周跳。研究表明，未被探測的粗差、周跳將主要被整周模糊度參數(shù)所吸收，從而導(dǎo)致了對低軌衛(wèi)星位置的有偏估計(jì)。因此，