CN108761508A - 一种卫星位置与卫星钟差恢复及轨道钟差改正数表示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星位置与卫星钟差恢复及轨道钟差改正数表示方法，涉及卫星导航领域，包括利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取卫星坐标参数百位以下部分作为卫星位置改正数，取卫星钟差参数百位以下部分作为卫星钟差改正数。本发明的轨道钟差改正数表示方法较原有轨道钟差改正数表示及精密卫星位置和卫星钟差恢复方法明显降低了对导航星历的依赖，无需用户端导航星历和轨道钟差改正数播发端使用的导航星历严格同步。

Description

一种卫星位置与卫星钟差恢复及轨道钟差改正数表示方法
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术领域，具体涉及一种卫星位置与卫星钟差恢复及轨道钟差改正数表示方法。
背景技术
现有的轨道钟差产品一般播发的是基于星基坐标系的卫星轨道钟差改正数，即播发的是精密卫星位置在以导航星历卫星位置为中心的星基坐标系下的三维坐标。该星基坐标系以导航星历卫星位置为原点，以径向、切向和垂直轨迹方向为坐标轴方向构建三维空间直角坐标系。利用基于该星基坐标系的轨道钟差改正数恢复时，需要先计算得到导航星历卫星位置和速度，然后利用导航星历卫星位置和速度结合轨道钟差改正信息恢复精密卫星位置。具体算法如下：
(1)轨道改正计算
以向量r和v分别表示导航星历卫星位置和速度，以向量eradial、ealong、ecross分别表示以导航星历卫星位置为中心的星基坐标系的径向、切向、垂直轨迹方向的单位向量，则
eradial＝ealong×ecross
以向量δO和δX分别表示卫星轨道改正数和卫星位置改正数，以向量rp表示精密卫星位置，则
δX＝[eradial ealong ecross]δO
rp＝r-δX
(2)卫星钟差改正计算
以tp和tb分别表示修正后的精密卫星钟差和导航星历卫星钟差(单位为秒)，以δC表示当前时刻的卫星钟差改正数(单位为米)，则有
tp＝tb-δC/c
其中，c为光速，取值299792458m/s。
分析上述算法可知，用户端在恢复精密卫星位置和钟差时严重依赖于导航星历计算得到卫星位置和卫星钟差，假定用户端采用的导航星历与播放端用于生成轨道钟差改正信息的导航星历不同，在计算精密卫星位置时将会引入模型误差。因此，利用该算法时需要用户端导航星历和轨道钟差改正数播发端使用的导航星历严格一致。而通常情况下，由于网络传输延迟或接收机导航星历更新延迟等原因，用户端导航星历和服务播发端导航星历的更新无法严格同步，从而导致部分时段轨道钟差改正数在用户端因不匹配而无法使用的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种轨道钟差改正数表示方法，较原有轨道钟差改正数表示及精密卫星位置和卫星钟差恢复方法明显降低了对导航星历的依赖，无需用户端导航星历和轨道钟差改正数播发端使用的导航星历严格同步。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种轨道钟差改正数表示方法，包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取卫星坐标参数百位以下部分作为卫星位置改正数，取卫星钟差参数百位以下部分作为卫星钟差改正数。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S2具体包括：
以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号，上述公式完成对向量中各个元素的取余操作。
本发明还提供一种精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取参数百位以下部分作为改正数；
S3、将新方法表示的卫星轨道钟差改正数信息按照预设的编码格式完成数据编码并播发；
S4、用户端接收卫星轨道钟差改正数信息，并按照相应的解码格式完成数据解码，获取卫星轨道钟差改正数信息；
S5、用户端利用本地获取的导航星历计算卫星位置与卫星钟差参数百位以上部分和获取的卫星轨道钟差改正数信息，恢复精密卫星位置与卫星钟差。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S1中，所述卫星全球跟踪站的观测信息包括实时GNSS观测值信息、导航星历信息、SLR和VLBI观测信息；所述卫星精密定轨软件利用卫星精密定轨理论构建，用于完成实时精密定轨数据的处理。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S2具体包括：
以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号，完成对向量中各个元素的取余操作。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中播发卫星轨道钟差改正数信息的形式包括网络播发、通信卫星播发和电台播发。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中，数据解码的解码器与播发端数据编码的格式匹配，数据接收的制式与播放端数据播发的制式匹配。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51、计算导航星历卫星位置与钟差；
S52、截取导航星历卫星位置与钟差百位以上部分；
S53、对比导航星历卫星位置与钟差百位以下部分与轨道钟差改正数的差异，确定待恢复的精密卫星位置与钟差的百位以上部分；
S54、恢复精密卫星位置与钟差。
在上述技术方案的基础上，所述步骤S54中，按以下公式计算和恢复精密卫星位置与钟差：
cp＝f(cb)+dc
其中，卫星钟差改正数为dc，导航星历计算得到的卫星钟差为cb，f(cb)为精密卫星轨道与钟差的恢复函数，精密卫星钟差为cp。
在上述技术方案的基础上，所述精密卫星轨道与钟差的恢复函数f(cb)为：
其中，[cb]100表示对实数cb百位以上部分取整，％为取模符号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的轨道钟差改正数表示方法较原有轨道钟差改正数表示及精密卫星位置和卫星钟差恢复方法明显降低了对导航星历的依赖，无需用户端导航星历和轨道钟差改正数播发端使用的导航星历严格同步。
(2)本发明的卫星位置与卫星钟差恢复方法利用任意两个连续的导航星历更新时段内，无论采用哪个星历计算卫星位置和卫星钟差，其最大误差均小于10m的特点，利用本地获取的导航星历可以完全正确地恢复精密卫星位置和卫星钟差百位以上部分，降低了播发信息量，简化了卫星位置恢复程序。
附图说明
图1为本发明实施例中卫星位置与卫星钟差恢复方法的实施流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种轨道钟差改正数表示方法，包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取卫星坐标参数百位以下部分作为卫星位置改正数，取卫星钟差参数百位以下部分作为卫星钟差改正数。
在一个实施例中，步骤S2具体包括：
以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号。本发明通过上述公式完成对向量中各个元素的取余操作，同时由于目前常用的北斗或GPS导航系统预设的导航星历更新时段为1-2小时，在任意两个连续的导航星历更新时段内，无论采用哪个星历计算卫星位置和卫星钟差，其最大误差均小于10m，其卫星坐标参数和卫星钟差参数的百位以上部分不会变化，因此利用本地获取的导航星历可以完全正确地恢复精密卫星位置和卫星钟差百位以上部分，降低了播发信息量，简化了卫星位置恢复程序。
参见图1所示，本发明还提供一种精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；本步骤中卫星全球跟踪站的观测信息包括实时GNSS观测值信息、导航星历信息、SLR和VLBI观测信息；所述卫星精密定轨软件利用卫星精密定轨理论构建，用于完成实时精密定轨数据的处理。
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取参数百位以下部分作为改正数；具体操作中，本步骤包括：以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号，步骤中完成对向量中各个元素的取余操作。
S3、将新方法表示的卫星轨道钟差改正数信息按照预设的编码格式完成数据编码并播发；播发卫星轨道钟差改正数信息的形式包括网络播发、通信卫星播发和电台播发等。
S4、用户端接收卫星轨道钟差改正数信息，并按照相应的解码格式完成数据解码，获取卫星轨道钟差改正数信息；步骤S4中，数据解码的解码器与播发端数据编码的格式匹配，数据接收的制式与播放端数据播发的制式匹配。
S5、用户端利用本地获取的导航星历计算卫星位置与卫星钟差参数百位以上部分和获取的卫星轨道钟差改正数信息，恢复精密卫星位置与卫星钟差。
步骤S5具体包括以下步骤：
S51、计算导航星历卫星位置与钟差；
S52、截取导航星历卫星位置与钟差百位以上部分；
S53、对比导航星历卫星位置与钟差百位以下部分与轨道钟差改正数的差异，确定待恢复的精密卫星位置与钟差的百位以上部分；
S54、恢复精密卫星位置与钟差。
具体的，在步骤S54中，可按以下公式计算和恢复精密卫星位置与钟差：
cp＝f(cb)+dc
其中，卫星钟差改正数为dc，导航星历计算得到的卫星钟差为cb，f(cb)为精密卫星轨道与钟差的恢复函数，精密卫星钟差为cp。
具体的，精密卫星轨道与钟差的恢复函数f(cb)为：
其中，[cb]100表示对实数cb百位以上部分取整，％为取模符号。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种轨道钟差改正数表示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取卫星坐标参数百位以下部分作为卫星位置改正数，取卫星钟差参数百位以下部分作为卫星钟差改正数。
2.如权利要求1所述的轨道钟差改正数表示方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号，上述公式完成对向量中各个元素的取余操作。
3.一种精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、利用卫星全球跟踪站的观测信息和卫星精密定轨软件实时解算卫星轨道与钟差信息，并根据卫星轨道与钟差信息实时计算卫星在地心地固坐标系中坐标位置和卫星钟差信息；
S2、对卫星坐标和钟差参数进行截断操作，取参数百位以下部分作为改正数；
S3、将新方法表示的卫星轨道钟差改正数信息按照预设的编码格式完成数据编码并播发；
S4、用户端接收卫星轨道钟差改正数信息，并按照相应的解码格式完成数据解码，获取卫星轨道钟差改正数信息；
S5、用户端利用本地获取的导航星历计算卫星位置与卫星钟差参数百位以上部分和获取的卫星轨道钟差改正数信息，恢复精密卫星位置与卫星钟差。
4.如权利要求3所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述卫星全球跟踪站的观测信息包括实时GNSS观测值信息、导航星历信息、SLR和VLBI观测信息；所述卫星精密定轨软件利用卫星精密定轨理论构建，用于完成实时精密定轨数据的处理。
5.如权利要求3所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
以向量r表示卫星位置，以向量c表示卫星钟差，以向量dr表示卫星位置改正数，以向量dc表示卫星钟差改正数，则：
dr＝r％100
dc＝c％100
其中，％为取模符号，完成对向量中各个元素的取余操作。
6.如权利要求3所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S3中播发卫星轨道钟差改正数信息的形式包括网络播发、通信卫星播发和电台播发。
7.如权利要求3所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S4中，数据解码的解码器与播发端数据编码的格式匹配，数据接收的制式与播放端数据播发的制式匹配。
8.如权利要求3所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51、计算导航星历卫星位置与钟差；
S52、截取导航星历卫星位置与钟差百位以上部分；
S53、对比导航星历卫星位置与钟差百位以下部分与轨道钟差改正数的差异，确定待恢复的精密卫星位置与钟差的百位以上部分；
S54、恢复精密卫星位置与钟差。
9.如权利要求8所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述步骤S54中，按以下公式计算和恢复精密卫星位置与钟差：
cp＝f(cb)+dc
其中，卫星钟差改正数为dc，导航星历计算得到的卫星钟差为cb，f(cb)为精密卫星轨道与钟差的恢复函数，精密卫星钟差为cp。
10.如权利要求9所述的精密卫星位置与卫星钟差恢复方法，其特征在于：所述精密卫星轨道与钟差的恢复函数f(cb)为：
其中，[cb]100表示对实数cb百位以上部分取整，％为取模符号。
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