CN110426720B - 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法 - Google Patents

星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110426720B
CN110426720B CN201910745564.0A CN201910745564A CN110426720B CN 110426720 B CN110426720 B CN 110426720B CN 201910745564 A CN201910745564 A CN 201910745564A CN 110426720 B CN110426720 B CN 110426720B
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
orbit
inter
geo
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910745564.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110426720A (zh
Inventor
毛悦
宋小勇
阮仁桂
贾小林
孙笛
王元明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
61540 Troops of PLA
Original Assignee
61540 Troops of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 61540 Troops of PLA filed Critical 61540 Troops of PLA
Priority to CN201910745564.0A priority Critical patent/CN110426720B/zh
Publication of CN110426720A publication Critical patent/CN110426720A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110426720B publication Critical patent/CN110426720B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • G01S19/27—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system creating, predicting or correcting ephemeris or almanac data within the receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/33—Multimode operation in different systems which transmit time stamped messages, e.g. GPS/GLONASS
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/35—Constructional details or hardware or software details of the signal processing chain
    • G01S19/37—Hardware or software details of the signal processing chain
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明提供了一种星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，利用星间链路载荷获取GEO卫星与可建链北斗卫星之间的星间双向测距观测数据；以非机动北斗卫星轨道为参考，利用其与GEO卫星之间的星间测距观测量组建定轨观测方程，利用GEO卫星机动后轨道动力学模型可构建卫星状态时间更新方程；结合观测方程和时间更新方程，以六个无奇点轨道根数作为待估计参数获取机动后GEO卫星精密轨道，利用改进后的轨道，经过上注差分改正数方式或轨道预报结合导航星历参数拟合方式，得到机动后的GEO卫星位置信息。本发明将有效减少由于轨道机动而引起的北斗GEO卫星导航定位服务中断时间，改善卫星导航***服务的连续性与可用性。

Description

星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别是一种应用星间双向测量链路实现北斗GEO卫星轨道机动后快速其恢复导航定位服务能力的方法。
背景技术
北斗三代卫星导航***是我国独立建设的全球卫星导航***。不同于GPS、GLONASS、GALILEO等卫星导航***，北斗卫星导航***采用GEO/IGSO/MEO混合星座构型。北斗GEO卫星作为导航星座同样需要发播导航星历，为此需要定期进行精密定轨和导航星历参数更新上注。然而由于地球同步卫星轨道资源限制，GEO卫星为了保持轨位需要定期进行轨道机动，轨道机动将使得定期更新上注的GEO广播星历轨道与实际轨道不匹配，广播轨道精度不满足用户使用精度指标要求。为此需要进行GEO卫星机动后定轨及轨道预报，以便快速恢复GEO卫星导航定位服务能力。目前，北斗GEO轨道快速恢复主要依靠地面监测站L波段伪距或载波相位观测数据。由于GEO卫星轨道高度较高，我国区域监测站对GEO卫星观测几何结构较差(含钟差参数倒定位DOP值1000左右)，因此，需要经过24小时以上较长时间的观测数据积累方能满足定轨精度要求，即便增加采用星地时间同步数据消除钟差，也最少需要4小时以上的数据累积。较长的轨道恢复时间直接影响GEO卫星服务的连续性和可用性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用星间双向观测数据，采用滤波处理方式确定GEO卫星导航星历轨道参数的方法，能够实现北斗三代GEO卫星轨道机动后的快速恢复，缩短导航服务中断时间，改善GEO卫星服务连续性和可用性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)利用北斗三代导航卫星搭载的Ka波段星间链路载荷，获取卫星之间的双向精密测距观测量；
(2)对星间双向测距观测量进行预处理，得到瞬间星间距；
(3)以未产生轨道机动的北斗导航卫星位置为参考，利用瞬间星间距构建精密定轨测量更新方程；
(4)以GEO卫星受到的主要摄动力量级分析结果为依据，构建GEO卫星动力学模型，进而形成精密定轨时间更新方程；
(5)组合利用测量方程和时间更新方程，采用扩展Kalman滤波方法解算GEO卫星机动后的精密轨道参数；
(6)机动后设定时段内采用上注差分改正数方式更新卫星轨道，超过设定时段后通过对GEO卫星精密轨道进行轨道预报和星历拟合，生成改进的GEO卫星广播星历参数，然后定期上注。
所述的步骤(1)中北斗GEO卫星搭载星载Ka测距设备，按照预先设定的星间测量拓扑表获取周边多颗可视卫星的星间双向测距观测量。
所述的步骤(2)中，GEO卫星经过轨道机动后，利用预存的导航卫星星历参数和星间链路测量拓扑表，按照卫星导航***常规运行期间***设定的测量间隔与周边可建链卫星组网，获取星间双向测距观测量以及测量时标、卫星编号信息；并通过S波段测控链路将上述三种观测数据下传到地面运控***；地面运控***接收GEO卫星下传的星间测距数据、测量时标、卫星编号信息，结合地面运控***利用星间与星地链路联合精密定轨确定的卫星精密轨道、卫星钟差、星间链路设备时延参数、以及星间测距设备天线相位中心修正、相对论修正多种信息，对星间双向观测数据进行预处理，消除***误差，获取GEO卫星与可建链卫星之间的瞬时星间测距信息。
所述的步骤(3)中，利用预处理后的瞬间星间测距信息，结合与GEO卫星建立测量链路的北斗导航卫星轨道信息，构建以GEO卫星第一类无奇点轨道根数(a、e cosω、e sinω、i、Ω、M+ω)为变量的星间测距观测方程；卫星位置的计算采用16个广播星历参数结合6个无奇点根数差分改正数组合计算的方式。
所述的步骤(4)中，利用简化GEO卫星动力学模型构建以第一类无奇点轨道根数为变量的卫星运动方程和变分方程，利用数值积分方法求解该方程，得到卫星参考轨道位置和状态转移矩阵。
所述的步骤(5)中，利用参考轨道对观测方程进行线性化处理，组合线性化观测方程和卫星运动方程，采用Kalman滤波方法，解算得到GEO卫星六个无奇点轨道根数的改进数。
所述的步骤(6)中，在GEO卫星机动后1.5小时内，将步骤(5)获取的6个无奇点轨道根数作为广域差分改正数，以5分钟间隔上注到卫星，结合GEO卫星预存的其它16个导航星历参数计算卫星准确位置；当GEO卫星机动后数据累积时间超过1.5小时后，则首先利用改进的无奇点轨道根数通过数值积分方法进行轨道预报，利用前1.5小时改进的卫星精确轨道结合预报轨道进行导航星历参数拟合，得到更新的GEO卫星全部16个广播星历参数；将广播星历参数上注卫星，完成导航星历参数更新。
本发明的有益效果是：北斗三代卫星搭载了Ka波段星间链路载荷，卫星之间具备高频度获取星间双向测距数据的能力。以未产生轨道机动的导航卫星位置为参考，利用星间测距观测数据，采用Kalman滤波处理方式，也可确定GEO卫星机动后精密轨道。精密确定的卫星轨道参数可通过差分改正数方式上注到卫星，实现卫星位置及时更新。考虑到采用星间链路观测量时，GEO卫星倒定位DOP值相比地面监测站数据将提升近2个数量级，且星间链路观测量精度优于伪距观测量。本方法将极大改善GEO卫星机动后的定轨精度，缩短定轨数据累积时间，减少GEO卫星服务中断时间。采用本方法的另一个潜在优势是，考虑到GEO卫星平台可搭载数据处理能力较强的星载处理器，上述星间测量和数据处理过程均可以由卫星在轨完成，采用滤波处理方式可在轨直接改进GEO卫星轨道，减少地面数据传输和数据处理时延。采用本方法的一个预设条件是现有北斗卫星导航***具有播发广域差分改正参数的能力，现有北斗三代***具备这个能力。目前，星间链路观测数据主要用于导航卫星自主定轨或联合定轨，本发明首次提出了将星间链路观测数据用于轨道机动后快速恢复的思路与技术途径。
附图说明
图1是星间测距GEO定轨原理示意图；
图2是星间测距GEO定轨数据流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明利用北斗三代导航卫星搭载的Ka波段星间链路载荷，能够获取卫星之间的双向精密测距观测量；对星间双向测距观测量进行预处理，可得到瞬间星间距；以未产生轨道机动的北斗导航卫星位置为参考，利用瞬间星间距可构建精密定轨测量更新方程；以GEO卫星受到的主要摄动力量级分析结果为依据，构建GEO卫星动力学模型，进而形成精密定轨时间更新方程；组合利用测量方程和时间更新方程，采用扩展Kalman滤波方法可解算GEO卫星机动后的精密轨道参数；机动后1.5小时内可采用上注差分改正数方式及时更新卫星轨道，超过1.5小时后通过对GEO卫星精密轨道进行轨道预报和星历拟合，可生成改进的GEO卫星广播星历参数，然后定期上注。
本发明提出利用北斗GEO卫星的星间链路观测数据，结合导航卫星精密轨道信息，快速确定GEO卫星机动后精密轨道，实现GEO卫星导航星历参数快速恢复的方法，包括以下步骤：
(1)北斗GEO卫星搭载星载Ka测距设备，能够按照预先设定的星间测量拓扑表获取周边多颗可视卫星的星间双向测距观测量；星载Ka测距设备收发时延参数稳定性优于0.5ns/3天，星间链路设备时延参数可通过星地联合精密定轨精确标定；
(2)GEO卫星经过轨道机动后，利用预存的导航卫星星历参数和星间链路测量拓扑表，按照卫星导航***常规运行期间***设定的测量间隔与周边可建链卫星组网，获取星间双向测距观测量以及测量时标、卫星编号信息；并通过S波段测控链路将上述三种观测数据下传到地面运控***；
(3)地面运控***接收GEO卫星下传的星间测距数据、测量时标、卫星编号信息，结合地面运控***利用星间与星地链路联合精密定轨确定的卫星精密轨道、卫星钟差、星间链路设备时延参数、以及星间测距设备天线相位中心修正、相对论修正多种信息，对星间双向观测数据进行预处理，消除***误差，获取GEO卫星与可建链卫星之间的瞬时星间测距信息；
(4)利用预处理后的瞬间星间测距信息，结合与GEO卫星建立测量链路的北斗导航卫星轨道信息，构建以GEO卫星第一类无奇点轨道根数(a、e cosω、e sinω、i、Ω、M+ω)为变量的星间测距观测方程；卫星位置的计算采用16个广播星历参数结合6个无奇点根数差分改正数组合计算的方式；
(5)利用简化GEO卫星动力学模型构建以第一类无奇点轨道根数为变量的卫星运动方程和变分方程，利用数值积分方法求解该方程，得到卫星参考轨道位置和状态转移矩阵；
(6)利用参考轨道对观测方程进行线性化处理，组合线性化观测方程和卫星运动方程，采用Kalman滤波方法，解算得到GEO卫星六个无奇点轨道根数的改进数；
(7)在GEO卫星机动后1.5小时内，将步骤(6)获取的6个无奇点轨道根数作为广域差分改正数，以5分钟间隔上注到卫星，结合GEO卫星预存的其它16个导航星历参数计算卫星准确位置；当GEO卫星机动后数据累积时间超过1.5小时后，则首先利用改进的无奇点轨道根数通过数值积分方法进行轨道预报，利用前1.5小时改进的卫星精确轨道结合预报轨道进行导航星历参数拟合，得到更新的GEO卫星全部16个广播星历参数。将广播星历参数上注卫星，完成导航星历参数更新。
本发明的实施例提出利用星间测距观测量实现北斗GEO卫星轨道机动后快速恢复导航星历参数的方法，该方法能够利用星间测量几何结构较优的特点快速确定GEO卫星轨道，利用差分修正方式快速上注更新的轨道，从而缩短GEO卫星不可用时间。具体实施过程如下：
(1)北斗三代导航卫星搭载Ka波段星间测距载荷，能够分时对周边可建链卫星构建星间测量与通讯链路，获取星间双向观测数据；该数据定期通过测控链路下传到地面运控***，当卫星没有产生轨道机动时，地面运控***利用多天数据进行星地联合定轨，确定精密卫星轨道、卫星钟差、星间链路设备时延偏差参数等，对预报轨道和钟差进行拟合，产生导航星历参数并上注到卫星，完成导航星历参数更新。
(2)当GEO卫星产生轨道机动后，按照常规运行期间的星间测量拓扑表，GEO同样可与周边卫星建立星间测量链路，获取星间双向测距数据、测量时刻时标信息、测量卫星编号信息；由于GEO卫星对地面测控站几乎连续可视，上述三类信息可通过测控链路及时(5分钟以内)传送到地面运控***；
(3)地面运控***接收GEO卫星机动后采集的星间链路观测数据、时标信息、卫星编号，利用地面运控***已有(通过第一步星地联合定轨)的精密轨道、精密钟差、星间链路设备时延信息，对GEO卫星星间测距观测量进行测量时延修正、天线相位中心修正、相对论修正；并利用上述信息对星间链路观测数据进行测量历元归化，消除信号传播时延误差，得到瞬间星间距离观测量；
Figure BDA0002165441730000051
Figure BDA0002165441730000052
Figure BDA0002165441730000053
其中
Figure BDA0002165441730000054
经过测量时刻归化后的卫星k和j之间星间距，/>
Figure BDA0002165441730000055
为经过***误差、传播时延修正后的瞬间星间距，/>
Figure BDA0002165441730000056
分别为卫星k和j位置向量，Δtk、Δtj为卫星钟差，
Figure BDA0002165441730000057
分别为卫星k发射及接收时延参数，/>
Figure BDA0002165441730000058
为卫星j发射及接收时延，δlnk为星间测量***误差，εlnk为星间测距随机误差。
(4)利用与处理后的瞬时星间测距观测量，构建以GEO卫星第一类无奇点轨道根数(a、e cosω、e sinω、
Figure BDA0002165441730000061
Ω、M+ω)为变量的星间测距观测方程，观测方程形式如下：
Figure BDA0002165441730000062
/>
Figure BDA0002165441730000063
Figure BDA0002165441730000064
Figure BDA0002165441730000065
Figure BDA0002165441730000066
Figure BDA0002165441730000067
Figure BDA0002165441730000068
Figure BDA0002165441730000069
Figure BDA00021654417300000610
Figure BDA00021654417300000611
Figure BDA00021654417300000612
Figure BDA00021654417300000613
Figure BDA00021654417300000614
Figure BDA00021654417300000615
Figure BDA00021654417300000616
其中
Figure BDA00021654417300000617
为经过预处理后瞬间星间距，/>
Figure BDA00021654417300000618
分别为卫星k和j位置向量，xk、yk、zk、xj、yj、zj分别为卫星k和j三维坐标，/>
Figure BDA00021654417300000619
为卫星j真近点角，rj为轨道半径，/>
Figure BDA00021654417300000620
分别为导航星历参数中给出的轨道倾角和升交点赤经速率，/>
Figure BDA00021654417300000621
Figure BDA00021654417300000622
分别为导航星历参数中给出的轨道半径、真近点角、轨道倾角周期修正系数,Δrj、Δuj、Δij为对应的修正量。ωe为地球自转速率，te为星历时刻，t0为星历参考时间。
(5)利用简化GEO卫星动力学模型，构建以第一类无奇点轨道根数(a、e cosω、esinω、
Figure BDA0002165441730000071
Ω、M+ω)为变量的卫星运动动力学模型，形成动力学观测方程和状态转移方程；采用数值积分方法积分状态转移方程，得到卫星参考轨道以及状态转移矩阵。
Figure BDA0002165441730000072
Figure BDA0002165441730000073
/>
Figure BDA0002165441730000074
Figure BDA0002165441730000075
Figure BDA0002165441730000076
Figure BDA0002165441730000077
其中a、e、
Figure BDA0002165441730000078
Ω、ω、M为六个轨道根数，S、T、W分别为轨道面径向、沿迹、法向三方向摄动力，ξ＝e cosω、η＝e sinω，，λ＝M+ω，p＝a(1-e2)，n为卫星平均角速率，u为真近点角。
(6)利用参考轨道对观测方程进行线性化处理，得到线性化观测方程；组合线性化观测方程和卫星运动方程，采用Kalman滤波方法，解算得到GEO卫星六个无奇点轨道根数改正数；
Figure BDA0002165441730000079
Figure BDA0002165441730000081
Figure BDA0002165441730000082
其中
Figure BDA0002165441730000083
为星间距残差，ε为测量噪声，/>
Figure BDA0002165441730000084
为动力学噪声，H为观测方程设计矩阵，M为动力学方程线性部分，/>
Figure BDA0002165441730000085
Figure BDA0002165441730000086
为卫星位置向量。
(7)GEO卫星轨道机动后(姿控及轨控喷气结束，卫星仅受地球引力、日月引力、太阳光压摄动等常规摄动力影响)即开始星间测量累积，并同时以5分钟间隔启动观测数据下载、机动定轨数据处理及定轨结果上注卫星一系列处理流程；当轨道机动后数据累积时间少于1.5小时时，采用上述第(6)步获取的无奇点轨道根数改正数直接作为广域差分改正信息的一部分，随差分改正信息上注到GEO卫星，用户综合使用GEO卫星预存的导航星历参数和播发的差分改正信息计算精确的卫星轨道；当轨道机动后数据累积时间大于1.5小时时，地面运控***以第(6)步获取的无奇点轨道根数改正数作为初值，结合GEO卫星轨道运动方程进行数值积分，得到大于2小时预报轨道。然后利用常规导航星历参数拟合方法，对当前历元之前1小时定轨确定的轨道和2小时预报轨道组合进行拟合，可得到更新的GEO卫星广播星历参数。将广播星历参数上注卫星，完成导航星历参数更新。
通过本发明提供的上述技术方案，可为北斗GEO卫星机动后定轨提供如下有益效果：首先，对GEO卫星而言，由于星间测量能够提供比星地测量更好的观测几何结构，且星间测距精度优于伪距测量精度，因此，实现同等水平GEO卫星轨道确定精度，本方法需要的数据积累时间更少；其次，直接将无奇点轨道根数作为差分改正数上注到卫星，可在不改变用户使用规范的前提下保证用户快速获取GEO机动后精确轨道信息。上述两种解决策略可极大减少GEO卫星轨道机动后不可用时间，提高GEO卫星服务的连续性和可用性。

Claims (7)

1.一种星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)利用北斗三代导航卫星搭载的Ka波段星间链路载荷，获取卫星之间的双向精密测距观测量；
(2)对星间双向测距观测量进行预处理，得到瞬间星间距；
(3)以未产生轨道机动的北斗导航卫星位置为参考，利用瞬间星间距构建精密定轨测量更新方程；
(4)以GEO卫星受到的主要摄动力量级分析结果为依据，构建GEO卫星动力学模型，进而形成精密定轨时间更新方程；
(5)组合利用测量方程和时间更新方程，采用扩展Kalman滤波方法解算GEO卫星机动后的精密轨道参数；
(6)机动后设定时段内采用上注差分改正数方式更新卫星轨道，超过设定时段后通过对GEO卫星精密轨道进行轨道预报和星历拟合，生成改进的GEO卫星广播星历参数，然后定期上注。
2.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(1)中北斗GEO卫星搭载星载Ka测距设备，按照预先设定的星间测量拓扑表获取周边多颗可视卫星的星间双向测距观测量。
3.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，GEO卫星经过轨道机动后，利用预存的导航卫星星历参数和星间链路测量拓扑表，按照卫星导航***常规运行期间***设定的测量间隔与周边可建链卫星组网，获取星间双向测距观测量以及测量时标、卫星编号信息；并通过S波段测控链路将星间双向测距观测量、测量时标信息和卫星编号信息三类信息下传到地面运控***；地面运控***接收GEO卫星下传的星间测距数据、测量时标、卫星编号信息，结合地面运控***利用星间与星地链路联合精密定轨确定的卫星精密轨道、卫星钟差、星间链路设备时延参数、以及星间测距设备天线相位中心修正、相对论修正多种信息，对星间双向观测数据进行预处理，消除***误差，获取GEO卫星与可建链卫星之间的瞬时星间测距信息。
4.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，利用预处理后的瞬间星间测距信息，结合与GEO卫星建立测量链路的北斗导航卫星轨道信息，构建以GEO卫星第一类无奇点轨道根数(a、e cosω、e sinω、i、Ω、M+ω)为变量的星间测距观测方程；卫星位置的计算采用16个广播星历参数结合6个无奇点轨道根数差分改正数组合计算的方式。
5.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，利用简化GEO卫星动力学模型构建以第一类无奇点轨道根数为变量的卫星运动方程和变分方程，利用数值积分方法求解该方程，得到卫星参考轨道位置和状态转移矩阵。
6.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(5)中，利用参考轨道对观测方程进行线性化处理，组合线性化观测方程和卫星运动方程，采用Kalman滤波方法，解算得到GEO卫星六个无奇点轨道根数的改进数。
7.根据权利要求1所述的星间测量实现GEO卫星机动后快速恢复方法，其特征在于：所述的步骤(6)中，在GEO卫星机动后1.5小时内，将步骤(5)获取的6个无奇点轨道根数作为广域差分改正数，以5分钟间隔上注到卫星，结合GEO卫星预存的其它16个导航星历参数计算卫星准确位置；当GEO卫星机动后数据累积时间超过1.5小时后，则首先利用改进的无奇点轨道根数通过数值积分方法进行轨道预报，利用前1.5小时改进的卫星精确轨道结合预报轨道进行导航星历参数拟合，得到更新的GEO卫星全部16个广播星历参数；将广播星历参数上注卫星，完成导航星历参数更新。
CN201910745564.0A 2019-08-13 2019-08-13 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法 Active CN110426720B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910745564.0A CN110426720B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910745564.0A CN110426720B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110426720A CN110426720A (zh) 2019-11-08
CN110426720B true CN110426720B (zh) 2023-03-28

Family

ID=68414403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910745564.0A Active CN110426720B (zh) 2019-08-13 2019-08-13 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110426720B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110927756B (zh) * 2019-11-25 2022-08-23 上海双微导航技术有限公司 卫星轨道机动探测方法、装置、设备和存储介质
CN111505677A (zh) * 2020-04-15 2020-08-07 中国科学院国家授时中心 一种基于地面参考站观测的geo卫星轨道机动修复方法
CN115639580A (zh) * 2020-04-30 2023-01-24 中国科学院微小卫星创新研究院 卫星自主导航方法
CN111522036B (zh) * 2020-04-30 2022-07-26 中国科学院微小卫星创新研究院 星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航***及导航方法
CN112987044B (zh) * 2021-02-25 2021-12-10 中国科学院微小卫星创新研究院 一种星座星历在轨更新方法
CN113253311B (zh) * 2021-04-06 2024-02-06 探索数据科技(深圳)有限公司 联合卫星导航方法、***、电子设备及存储介质
CN114002709A (zh) * 2021-10-20 2022-02-01 上海航天空间技术有限公司 适用于卫星轨道参数递推计算的去奇异方法
CN115598676B (zh) * 2022-10-17 2023-05-05 北京航天飞行控制中心 星载多模gnss融合精密定轨方法和装置
CN115808675B (zh) * 2023-01-17 2023-05-05 湖南迈克森伟电子科技有限公司 一种激光测距误差补偿方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101479622A (zh) * 2006-04-28 2009-07-08 卢克卓尼克斯有限公司 用于在配置环境中定位的***和方法
CN103424116A (zh) * 2013-07-23 2013-12-04 中国西安卫星测控中心 一种适应轨道机动的地球同步卫星精密定轨方法
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多***兼容gnss接收机及其接收***
CN108120994A (zh) * 2017-10-30 2018-06-05 千寻位置网络（浙江）有限公司 一种基于星载gnss的geo卫星实时定轨方法
CN110031881A (zh) * 2019-05-06 2019-07-19 中国人民解放军61540部队 高精度星间激光测距辅助精密单点定位的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014067013A1 (en) * 2012-11-04 2014-05-08 Eric Derbez Low bandwidth method for ephemeris recovery in over-the-air transmission

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101479622A (zh) * 2006-04-28 2009-07-08 卢克卓尼克斯有限公司 用于在配置环境中定位的***和方法
CN103424116A (zh) * 2013-07-23 2013-12-04 中国西安卫星测控中心 一种适应轨道机动的地球同步卫星精密定轨方法
CN104570022A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种基于dsp的多***兼容gnss接收机及其接收***
CN108120994A (zh) * 2017-10-30 2018-06-05 千寻位置网络（浙江）有限公司 一种基于星载gnss的geo卫星实时定轨方法
CN110031881A (zh) * 2019-05-06 2019-07-19 中国人民解放军61540部队 高精度星间激光测距辅助精密单点定位的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
北斗新一代试验卫星星钟及轨道精度初步分析;陈金平等;《中国科学:物理学 力学 天文学》;20161120(第11期);第119502-1至119502-11页 *
机动力建模条件下的GEO卫星机动期间定轨;郭睿等;《测绘科学技术学报》;20130531;第30卷(第5期);第465-470页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110426720A (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110426720B (zh) 星间测量实现geo卫星机动后快速恢复方法
CN110793528B (zh) 一种基于低轨星基锚固的北斗导航星座自主定轨方法
CN110187364B (zh) 一种低轨导航增强精密改正数据生成、上注***及方法
Jäggi et al. Phase center modeling for LEO GPS receiver antennas and its impact on precise orbit determination
CN111522037B (zh) 星座同轨道面卫星自主导航方法及导航***
CN109061696A (zh) 一种确定导航卫星轨道和钟差的方法
CN103033188B (zh) 基于综合孔径观测的导航卫星自主时间同步方法
CN110764127B (zh) 易于星载在轨实时处理的编队卫星相对定轨方法
Kahr et al. GPS relative navigation for the CanX-4 and CanX-5 formation-flying nanosatellites
Bock et al. GPS single-frequency orbit determination for low Earth orbiting satellites
CN111913203B (zh) 一种动态基线定位域监测方法
Hwang et al. GPS‐Based Orbit Determination for KOMPSAT‐5 Satellite
Fan et al. Orbit improvement for Chang’E-5T lunar returning probe with GNSS technique
Giordano et al. The Lunar Pathfinder PNT experiment and Moonlight navigation service: The future of lunar position, navigation and timing
Kishimoto et al. QZSS system design and its performance
Guo et al. Precise orbit determination and rapid orbit recovery supported by time synchronization
CN103336290A (zh) 测量编队卫星星间基线的方法及***
CN113581501B (zh) 一种适用于组网低轨卫星联合定轨的***及方法
CN111505677A (zh) 一种基于地面参考站观测的geo卫星轨道机动修复方法
El-Mowafy et al. The impact of orbital and clock errors on positioning from LEO constellations and proposed orbital solutions
Arnold et al. Precise orbit determination of Spire nano satellites
Matsumoto et al. GEO precise orbit determination using onboard GPS carrier phase observations of optical data relay satellite
Akiyama et al. Differential Positioning Performance on Lunar South Pole Region Using Lunar Navigation Satellite System
CN112731504B (zh) 对月球探测器自主定轨的方法及装置
Tombasco et al. A study of the achievable geosynchronous angles-only orbit estimation accuracy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant