基于GPS的卫星精密定轨方法研究

论文摘要

目前,随着低轨卫星在应用领域研究的不断深入,人们对卫星的定轨精度要求越来越高。星载GPS定轨技术能够进行连续观测,且具有一定的精度,是进行精密定轨的重要途径之一。本论文便是以基于星载GPS的卫星精密定轨为课题,对GPS数据的预处理和不同的GPS定轨方法等方面进行了研究,主要包括:研究了GPS定轨中的选星问题。结果表明,在接收机存储空间有限的前提下,对接收机所能观测到的GPS卫星进行合理选择,能够有效避免定轨方程的奇异,具有实际的应用价值。然而,仅利用4颗GPS卫星进行定轨的精度有限,在存储空间足够的情况下,还应利用所有能够观测到的数据进行轨道的确定。研究了对GPS双频载波相位观测值的质量控制,根据星载GPS数据的实际情况,将观测数据末尾段的周跳和粗差识别条件作适当的改动,提出了正反向两次探测16个历元内周跳的方法。采用双频P码伪距/载波相位组合法对载波相位观测值的整周模糊度进行解算。介绍了已事先解出模糊度的基于载波相位的几何法定轨方法;研究了在定轨同时解整周模糊度的方法;介绍了动力学定轨和在其基础上的简化动力学法;深入分析了各种条件对定轨精度的影响,得出了所有方法都能够对卫星进行精密定轨的结论。最后,利用GRACE卫星星载GPS接收机上的实测数据进行实例分析,比较了各种定轨方法的优缺点,并对定轨误差进行了深入的分析。结果表明,利用星载GPS进行定轨的误差在十几米左右,基本满足了轨道确定的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 星载GPS数据质量控制的研究进展
• 1.2.2 星载GPS定轨方法的研究进展
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 星载GPS定轨基础
• 2.1 基本参考系统
• 2.1.1 时间系统
• 2.1.2 坐标系统
• 2.2 星载GPS定轨的基本观测模型
• 2.2.1 星载GPS低轨卫星定轨的观测方程
• 2.2.2 星载GPS低轨卫星定轨中常用的线性模型
• 2.3 选星问题
• 2.4 IGS精密星历及其差值方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 星载GPS观测数据的预处理
• 3.1 周跳的探测与修复
• 3.1.1 RINEX数据文件格式说明
• 3.1.2 Blewitt法简介
• 3.1.3 Blewitt法的缺点与改进
• 3.2 整周模糊度的解算
• 3.3 仿真实例
• 3.3.1 LC-PC值的定义
• 3.3.2 仿真实例
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于星载GPS的非差几何法定轨
• 4.1 概述
• 4.2 已事先解出模糊度的载波相位几何法定轨
• 4.3 需解模糊度的双频载波相位几何法定轨
• 4.4 仿真实例
• 4.4.1 已事先解出模糊度的载波相位几何法定轨结果
• 4.4.2 需解模糊度的载波相位几何法定轨结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于星载GPS的动力学定轨
• 5.1 概述
• 5.2 卫星的运动方程及其动力学模型
• 5.2.1 二体问题
• 5.2.2 地球非球形摄动
• 5.2.3 相对论效应影响
• 5.2.4 大气阻力摄动
• 5.3 扩展的卡尔曼滤波算法
• 5.4 动力学法基础上的简化动力学定轨
• 5.5 仿真实例
• 5.5.1 动力学定轨
• 5.5.2 简化动力学定轨
• 5.5.3 定轨误差分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢