【摘要】： 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，為人類(lèi)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，涉及政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域，對(duì)維護(hù)國(guó)家利益具有重大意義。中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，擁有廣闊的領(lǐng)土和海域，有必要也有能力擁有自己的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。繼美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(Global Position System，GPS)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，以及歐盟的“伽利略計(jì)劃”之后，中國(guó)也正在籌建自己的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)——“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。 導(dǎo)航衛(wèi)星軌道信息是定位的基本要素，其誤差會(huì)直接影響用戶(hù)定位的精度。導(dǎo)航衛(wèi)星的軌道確定中采用的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)是包含衛(wèi)星鐘誤差與用戶(hù)接收機(jī)鐘誤差的偽距測(cè)量量。在時(shí)間同步系統(tǒng)的支持下，可以獲得鐘差信息，此時(shí)偽距測(cè)量量可以等價(jià)于距離測(cè)量量，衛(wèi)星軌道確定就簡(jiǎn)化為測(cè)距類(lèi)型數(shù)據(jù)的定軌。而如果沒(méi)有時(shí)間同步系統(tǒng)的支持，但是接收機(jī)同時(shí)接受了兩顆以上衛(wèi)星的偽距數(shù)據(jù)，則可以通過(guò)星站間的同歷元差分消除鐘差或通過(guò)非差方法估計(jì)出鐘差。 在導(dǎo)航系統(tǒng)工作的某些情況下，如系統(tǒng)布設(shè)的初期只有一顆工作衛(wèi)星或者在某顆衛(wèi)星進(jìn)行軌控或機(jī)動(dòng)后，需要對(duì)單顆導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行定軌。這時(shí)無(wú)法或者不便通過(guò)同歷元差分手段消除偽距數(shù)據(jù)中的衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差。如果對(duì)偽距數(shù)據(jù)做歷元間的一次時(shí)間差分，由于相鄰時(shí)間歷元的偽距相減，兩個(gè)歷元共同的鐘差被減掉，剩余的鐘差量級(jí)很小。歷元間差分只提供關(guān)于軌道的差分信息，其定軌的幾何強(qiáng)度也因此降低，定軌精度也不是很高。通過(guò)對(duì)GPS星座的PRN02星進(jìn)行定軌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種定軌方法，徑向精度超過(guò)8米，沿跡方向偏得更是厲害，竟超過(guò)150米。 考察衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差的特性以后，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差大致都可以表示成一次多項(xiàng)式的形式，這樣偽距測(cè)量模型就等價(jià)于帶線(xiàn)性變化偏差的測(cè)距模型�；诖耍瑢⑵淦�(bias)及偏差漂移(drift)在定軌時(shí)加以估計(jì)，則可以在很大程度上消除鐘差。通過(guò)對(duì)GPS星座的PRN02星進(jìn)行定軌實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種定軌方法明顯要比歷元間差分好得多，徑向的精度不超過(guò)3米，沿跡方向的精度不超過(guò)20米，但是法向的精度要差一些，超過(guò)40米。初步分析認(rèn)為，這是因?yàn)槎ㄜ墪r(shí)用的觀(guān)測(cè)資料，全是國(guó)內(nèi)的測(cè)站提供的，對(duì)應(yīng)的測(cè)軌弧段只覆蓋了衛(wèi)星弧段的很小一部分，測(cè)軌數(shù)據(jù)對(duì)衛(wèi)星軌道的法向分量無(wú)法提供較強(qiáng)的約束，導(dǎo)致法向的誤差較大。增加了國(guó)外的觀(guān)測(cè)資料以后，大大提高了法向和沿跡方向的精度，這也驗(yàn)證了上述分析。 考慮到北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星本身的信號(hào)由原子鐘提供頻率標(biāo)準(zhǔn)，而測(cè)軌監(jiān)測(cè)站的接收機(jī)也采用原子鐘提供頻率標(biāo)準(zhǔn)，其鐘差的非線(xiàn)性行為將好于一般的GPS接收機(jī)，所以有必要模擬具有穩(wěn)定鐘差的偽距觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果表明，對(duì)于傾斜地球同步軌道(Inclinined GeoSynchronous Orbits，IGSO)衛(wèi)星和中地球軌道(Medium Earth Orbits，MEO)衛(wèi)星，這種定軌方案可以期望得到更高的定軌精度。對(duì)于地球靜止軌道(Geostationary Earth Orbits，GEO)衛(wèi)星，在所有的測(cè)站都沒(méi)有時(shí)間同步信息的情況下，這種定軌方案無(wú)法確定其軌道。要想能夠確定其軌道，至少要有兩個(gè)測(cè)站有時(shí)間同步信息；如果有超過(guò)4個(gè)測(cè)站有時(shí)間同步信息，可以期望得到更高的定軌精度。 學(xué)位攻讀期間將IERS規(guī)范(2003)實(shí)現(xiàn)在上海天文臺(tái)的精密定軌軟件SHORDE中。IERS規(guī)范(2003)，是國(guó)際地球自轉(zhuǎn)與參考系服務(wù)(International EarthRotation and Reference Systems Service)，為了滿(mǎn)足更高精度的計(jì)算要求，公布的最新的標(biāo)準(zhǔn)。它在1983MERIT標(biāo)準(zhǔn)、IERS1989標(biāo)準(zhǔn)、IERS1992標(biāo)準(zhǔn)和IERS1996規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，它定義了目前IERS使用的常數(shù)、模型、方法和計(jì)算步驟等，為實(shí)際應(yīng)用提供基準(zhǔn)和比較。IERS規(guī)范(2003)相比IERS規(guī)范(1996)在參考系、重力場(chǎng)以及測(cè)量模型等方面的改進(jìn)，基于此對(duì)SHORDE進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)lageos1、lageos2進(jìn)行的定軌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，IERS規(guī)范(2003)對(duì)定軌精度的提高非常有限，這可能和目前的觀(guān)測(cè)精度有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海天文臺(tái)）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類(lèi)號(hào)】：P173;P228.1
【圖文】：

為了分析歷元間差分算法確定單顆導(dǎo)航衛(wèi)星軌道的定軌精度，我們將三天觀(guān)測(cè)資料解算的軌道與IGS精密星歷在徑向、切向以及法向三個(gè)方向的比較畫(huà)出，如圖3.1所示。從該圖可以看出徑向、切向以及法向三個(gè)方向的誤差分別達(dá)到8.36m、153.90m、63.52m。徑向和法向基本表現(xiàn)為以零為均值得周期變化，切向也有周期變化但是均值不為零，且偏離很大。這樣的定軌精度還是比較低的。初步分析認(rèn)為，歷元間差分這種處理鐘差的方法，雖然解決了鐘差的問(wèn)題，但是只提供軌道的差分信息，其定軌的幾何強(qiáng)度降低，也導(dǎo)致了定軌精度不是很高。另外我們定軌的測(cè)軌網(wǎng)集中在我國(guó)大陸地區(qū)，對(duì)應(yīng)的測(cè)軌弧段只覆蓋了衛(wèi)星弧段的很小一部分，特別是所有測(cè)站均位于北半球中緯度地區(qū)，測(cè)軌數(shù)據(jù)對(duì)衛(wèi)星軌道無(wú)法提供較強(qiáng)的約束，這也導(dǎo)致了較低的定軌精度。

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李敏;多模GNSS融合精密定軌理論及其應(yīng)用研究[D];武漢大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 王丹丹;基于月球平動(dòng)點(diǎn)軌道的星座自主定軌研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2010年

2 李海生;基于星間測(cè)距及方向約束的導(dǎo)航星座自主定軌技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

3 孫娟;導(dǎo)航星座星間鏈路設(shè)計(jì)研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

4 郭振華;約化動(dòng)力學(xué)定軌理論與實(shí)踐[D];山東理工大學(xué);2012年

5 孔W

本文編號(hào)：2759517