GNSS精密轨道确定方法研究

摘要

随着GNSS技术的不断发展以及国内iGMAS的建设不断向前推进，GNSS轨道精密确定是目前导航定位和位置服务领域研究的热点问题之一。本文针对分析中心精密轨道确定过程中遇到的问题，研究探讨了定轨的核心模型和数据快速解算模型，分析了ERP对超快速预报轨道的影响并对其进行了修正，并针对两种新卫星定轨策略进行了对比分析。本文主要做了以下研究：
　　（1）从GNSS精密轨道确定原理出发，系统的论述了初轨计算、轨道积分、最小二乘参数估计、UPD解算和模糊度固定、偏航模型和均方根信息滤波原理，并给出了相应的程序实现方法。
　　（2）针对GNSS数据分析中心对快速和超快速轨道产品精度与效性的要求，同时考虑全球跟踪站分布极不均匀性的现状，本文提出一种基于观测方程GDOP值的优化选站SSS模型。从理论上推导出精密定轨最小地面跟踪站数与地面最优跟踪站数的计算方法，分别通过s°×s°和k°×k°带全球网格划分，筛选最小跟踪站全球分布，以定轨观测方程GDOP值最小为准则，逐步累加筛选定轨全球跟踪站最优分布。连续六天的数据分析结果表明，本文提出的优化选站模型，在相同数据处理能力条件下，定轨精度可达整体处理的90%水平，处理时间缩短50%以上；与一般策略对比表明，SSS模型计算出的轨道精度相当，时间节约20%左右；此模型所选跟踪站为最优或次优，提高了分析中心数据处理效率。
　　（3）针对分析中心超快速轨道预报部分，本文从预报ERP精度及其对应的轨道精度、轨道积分和坐标转换过程三个角度分析ERP预报误差对超快速预报轨道的影响；其次，提出一种轨道实时修正算法，可以实时的修正由于ERP误差而导致的超快速轨道误差的方法；最后，通过大量实验数据分析ERP预报误差对超快速预报轨道的影响及其修正效果。研究发现：目前ERP误差在极移方向超过0.2mas，在UT1-UTC方向超过0.12ms；本文提出的修正方法可以减少由于ERP误差引起的轨道误差50%左右。
　　（4）基于分析中心新卫星定轨任务需求，着手研究了新卫星定轨相关策略。首先，从数据预处理角度分析了iGMAS测站数据质量；其次，设计了两种定轨策略。从实验结果看，“两步法”计算卫星轨道优于“一步法”，但外符合精度有所降低，具体原因可能与对比的星历本身精度有关。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1 研究背景（Research Background）

1.2 GNSS 定轨研究现状（ Research Status of GNSS Orbit Determination）

1.3 研究内容与技术路线（Main Contents and Technical Routes）

2 GNSS精密定轨基本原理

2.1 初轨计算（Initial Orbit）

2.2 轨道积分（Orbit Integration）

2.3 偏航姿态与光压模型（ Yaw attitude and Sun Radiation Pressure Model）

2.4 最小二乘参数估计（Parameter Estimating with LSQ）

2.5 模糊度固定与 UPD 解算（ Ambiguity Resolution and UPD Solution）

2.6 均方根信息滤波（Square Information Root Filter）

2.7 产品自动化生成软件简介（ Introduction of the automatic software）

2.8 本章小结(Chapter Summary)

3 一种基于观测方程GDOP值的优化选站模型

3.1 优化测站分布筛选SSS模型(Optimal station Selected Model)

3.2 优化选站实验(Experiments and Analysis of Stations Selected Model)

3.3 本章小结(Chapter Summary)

4 ERP对超快速预报轨道的影响及其修正方法

4.1 ERP预报精度（Accuracy of Predicted ERP）

4.2 轨道积分过程误差分析（Ultra-rapid Orbit Error in Integration Process）

4.3 坐标转换过程误差分析（ Ultra-rapid Orbit Error in Coordination Translation）

4.4 预报轨道误差修正（ Ultra-rapid Orbit Correction with ERP Errors）

4.5本章小结（Chapter Summary）

5 北斗新卫星（BeiDou-3）定轨策略分析

5.1 iGMAS跟踪站数据分析（Data Analysis of iGMAS stations）

5.2 不同定轨策略定轨分析（ Different Strategies for Orbit and Clock Determination）

5.3 本章小结(Chapter Summary)

6 结论与展望

6.1 结论(Conclusions)

6.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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