CN113581501A - 一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法 - Google Patents

一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法，系统包括LE0星座地面集中式定轨模块和LEO星座分布式定轨模块；所述LE0星座地面集中式定轨模块，用于获取观测数据和测量数据，并根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗LE0星座卫星的预测轨道信息；所述LEO星座分布式定轨模块，用于根据所述测量数据和所述预测轨道信息获取所述LEO星座卫星的轨道信息。本发明的目的在于提供一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法，解决在只有部分区域有LEO卫星地面跟踪站情况下，无法满足LEO星座卫星自主、实时、高精度定轨的问题。

Description

一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星定轨技术领域，尤其涉及一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法。
背景技术
近年来，世界上许多大国及公司陆续提出并开始部署用于互联网、物联网、导航增强服务的低轨卫星星座。可以预见，低轨卫星星座在未来将集导航、通信、遥感等功能于一体，是下一阶段卫星导航/通信发展的重点。利用低轨卫星星座，可以促进“智能时代”卫星导航系统向星基与地基增强技术的一体化、通信/遥感/导航功能的一体化的方向进一步发展；同时，也会刺激各类基于卫星物联网产业的爆发。
而上述功能的实现必须依赖于低轨卫星星座高可靠、高精度、实时性好的时空基准服务系统。在此背景下，无论是在实时性、精度上都对低轨卫星星座的时空基准的要求进一步提高。目前，低轨卫星实时定轨精度基本都在亚米级及以下，精度无法满足高精度应用的需求；事后LEO卫星定轨技术虽然可以实现厘米级定轨，但无法满足高实时性应用的需求，也无法满足大规模组网LEO定轨的需求。同时，目前实现LEO卫星高精度定轨还需要全球分布的地面跟踪站辅助配合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统及方法，解决在只有部分区域有LEO卫星地面跟踪站情况下，无法满足LEO星座卫星自主、实时、高精度定轨的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，包括LE0星座地面集中式定轨模块和LEO星座分布式定轨模块；
所述LE0星座地面集中式定轨模块，用于获取观测数据和测量数据，并根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗LE0星座卫星的预测轨道信息；
所述LEO星座分布式定轨模块，用于根据所述测量数据和所述预测轨道信息获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
现有技术中，要实现LEO星座卫星的高精度定轨，需要地面跟踪站持续跟踪观测，才能观测到LEO星座卫星的整个轨迹，因此需要全球分布的地面跟踪站进行辅助配合，随着国际环境的不断变换，依赖全球分布的地面跟踪站进行辅助配合存在一定的缺陷，一旦其他国家不给与配合，则无法实现LEO星座卫星的高精度定轨。基于此，在本方案中，提出了一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，通过使用星载GNSS接收机+星间链路这种方式实现LEO星座卫星整个轨迹的高精度观测及定位。同时辅助以局部地区的地面站观测提供地面绝对基准，消除LEO星座卫星整体旋转效应，进而提高GNSS接收机+星间链路的定轨精度和可靠性。
优选地，所述LE0星座地面集中式定轨模块包括地面跟踪站、LEO星座卫星、数据处理中心、GNSS卫星以及注入站；
所述地面跟踪站，用于获取观测数据；所述观测数据由所述地面跟踪站对可跟踪范围内的所述LEO星座卫星进行跟踪测量获取；
所述LEO星座卫星，用于获取测量数据；所述测量数据包括所述LEO星座卫星与周围的所述LEO星座卫星的距离以及所述LEO星座卫星与所述GNSS卫星的距离；
所述数据处理中心，用于根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息；
所述注入站，用于将所述预测轨道信息注入至对应的所述LEO星座卫星。
优选地，所述数据处理中心包括预处理单元、误差修正单元以及计算单元；
所述预处理单元，用于对所述观测数据和/或所述测量数据进行预处理；
所述误差修正单元，用于对所述观测数据和/或所述测量数据进行误差修正；
所述计算单元，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据和所述测量数据计算所述预测轨道信息。
优选地，所述计算单元包括建立子单元、构建子单元以及计算子单元；
所述建立子单元，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据和所述测量数据建立各颗所述LEO星座卫星的观测方程；
Figure BDA0003234445510000021
其中，y星间链路i、yGNSS-LEOj、yLEO-地面站k分别表示te时刻相应的所述LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值、相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值、相应LEO卫星与第k个地面跟踪站的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i、xGNSS-LEOj、xLEO-地面站k分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i、vGNSS-LEOj、vleo-地面站k表示相应星间链路、GNSS观测以及地面跟踪站观测数据所包含的观测噪声；
所述构建子单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及LEO星座卫星整体旋转模型构建所述LEO星座卫星的状态方程；
Figure BDA0003234445510000031
其中，r表示所述LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示所述LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示所述LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在所述LEO星座卫星上的力；
所述计算子单元，基于所述观测方程和所述状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取各颗所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据所述LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息。
优选地，所述LEO星座分布式定轨模块包括LEO星座卫星、星载计算机以及注入站，且所述星载计算机设置在所述LEO星座卫星上；
所述LEO星座卫星，用于获取测量数据；所述测量数据包括所述LEO星座卫星与周围的所述LEO星座卫星的距离以及所述LEO星座卫星与GNSS卫星的距离；
所述注入站，用于将对应的所述预测轨道信息注入所述LEO星座卫星；
所述星载计算机，用于根据所述测量数据和所述预测轨道信息计算所述LEO星座卫星的预测轨道信息。
优选地，所述星载计算机包括预处理及误差修正模块、计算模块以及播报模块；
所述预处理及误差改正模块，用于对所述测量数据进行预处理和/或误差修正；
所述计算模块，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据以及所述预测轨道信息计算所述轨道信息；
所述播报模块，用于将所述轨道信息播发给用户。
优选地，所述计算模块包括括建立单元、构建单元以及计算单元；
所述建立单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及所述轨道信息构建所述LEO星座卫星的状态方程；
Figure BDA0003234445510000041
其中，r表示所述LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示所述LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示所述LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在所述LEO星座卫星上的力；
所述构建单元，用于根据所述观测数据构建所述LEO星座卫星的观测方程；
Figure BDA0003234445510000042
其中，y星间链路i和yGNSS-LEOj分别表示te时刻相应的所述LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值和相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i和xGNSS-LEOj分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i和vGNSS-LEOj分别表示相应星间链路和GNSS观测数据所包含的观测噪声；
所述计算单元，基于所述观测方程和所述状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据所述LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
优选地，还包括高空导航增强卫星，所述高空导航增强卫星用于获取导航增强数据；当用所述观测数据无法获取所述LEO星座卫星的轨道信息时，所述计算单元基于所述导航增强数据和GNSS观测数据采用PPP-RTK算法获取所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置；
其中，所述GNSS观测数据为所述LEO星座卫星与所述GNSS卫星的距离。
优选地，所述LE0星座地面集中式定轨模块中的所述LEO星座卫星和所述注入站与所述LEO星座分布式定轨模块中的LEO星座卫星和所述注入站为同一个。
使用如上所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统的方法，包括以步骤：
S1：获取观测数据和测量数据；
其中，所述观测数据由地面跟踪站对可跟踪范围内的LEO星座卫星进行跟踪测量获取；所述测量数据包括LEO星座卫星与周围的LEO星座卫星的距离以及LEO星座卫星与GNSS卫星的距离；
S2：根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息；
S3：根据所述测量数据和所述预测轨道信息获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、数据处理中心处理地面跟踪站、星间链路以及星载GNSS接收机的全部观测数据，每个星载计算机都能处理星间链路的全部观测数据，采用整网滤波方法可以得到全局最优解，定轨精度较高；
2、得益于LEO星座空间链路的存在，整个星座空间网型约束较强，仅利用局部区域的少量跟踪监测站，结合星载GNSS接收机便能完成星座整网定轨，不需要在全球布设地面跟踪站，可以最大限度的减少对地面站的依赖；
3、系统结合了分布式和集中式定轨算法，既有效提高了LEO星座定轨的精度，又实现了LEO星座自主、实时、高精度定轨，LEO星历由LEO卫星自身产生，大大提高了LEO星座自主运行能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1本发明LEO定轨系统组成示意图；
图2本发明LEO定轨模块组成示意图；
图3本发明LEO星座集中式定轨处理流程示意图；
图4本发明LEO卫星分布式定轨处理流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，如图1所示，包括空间部分和地面部分；
空间部分：
包括多个LEO星座卫星、一个GNSS卫星以及一个高空导航增强卫星。其中，每个LEO星座卫星的结构相同，均配备有星载GNSS接收机(用于测量LEO星座卫星与GNSS卫星的距离)、激光反射镜(用于地面跟踪站对LEO星座卫星的测量跟踪)以及星载计算机；同时，每个LEO星座卫星均能与周围的LEO星座卫星建立双向星间链路(测距和传输数据)；GNSS卫星用于播发GNSS测距信号；高空星基增强卫星，用于播发GNSS改正数，用于PPP-RTK定位。
地面部分：
包括地面跟踪站(本实施例以SLR跟踪站为例进行说明，地面跟踪站也可以为DORIES等其他跟踪站)、数据处理中心、注入站以及信关站。
本实施例通过地面部分与空间部分实现对LEO星座卫星自主、实时、高精度定轨。具体地，利用LEO星载卫星的GNSS观测数据、部分区域地面LEO星座卫星跟踪站数据、LEO星载卫星的星间链路测距数据以及GNSS改正数据，采用星上分布式自主定轨+地面数据中心集中式定轨的方法，结合简化动力学定轨算法，实现对LEO星载卫星自主、实时、高精度定轨，从而有效提高LEO星座卫星定轨的精度、实时性以及自主运行能力，可为LEO星座卫星的运行控制、任务管理以及安全保障提高坚实的技术支撑。
以下，对本申请的方案做详细介绍：
由于本申请采用星上分布式自主定轨+地面数据中心集中式定轨的方法实现LEO星载卫星自主定位，因此，将系统分节成两个模块，即：LE0星座地面集中式定轨模块和LEO星座分布式定轨模块，如图2所示；其中，LE0星座地面集中式定轨模块用于完成LEO星载卫星的集中式定轨部分，LEO星座分布式定轨模块用于完成LEO星载卫星的自主定轨部分。具体地：
LE0星座地面集中式定轨模块包括地面跟踪站、LEO星座卫星、数据处理中心、GNSS卫星、信关站、以及注入站；
SLR跟踪站，对可跟踪范围内的LEO星座卫星进行跟踪测量，并将观测数据通过网络传输至数据处理中心；
LEO星座卫星，各颗LEO卫星利用双向星间链路对周围的LEO星座卫星进行测距，同时利用搭载的星载GNSS接收机测量与GNSS卫星的距离，并利用星间链路的通信功能将各颗LEO卫星的星间链路测量值以及星载GNSS接收机的测量值传输至信关站，再通过地面网络传输至数据处理中心；
数据处理中心，根据SLR跟踪站传输的观测数据、星间链路测量值以及星载GNSS接收机传输的测量值获取各颗LEO星座卫星的预测轨道信息；
具体地，本实施例中的数据处理中心包括预处理单元、误差修正单元以及计算单元；
预处理单元，主要对SLR跟踪站传输的观测数据进行预处理，包括：
1)异常值探测与剔除；
2)卫星轨道预报误差计算，剔除剩余异常值；
3)对观测数据进行浓缩处理，生成标准点数据；
误差修正单元，用于对SLR跟踪站传输的观测数据、星间链路测量值以及星载GNSS接收机传输的测量值进行误差修正；具体地：
SLR跟踪站传输的观测数据的误差修正主要包括：潮汐改正、大气折射改正、相对论改正、卫星质心改正以及距离偏差改正；
星间链路测量值的误差修正主要包括：电离层改正、收发时延改正、相对论改正以及距离归化(包含历元时标归化、双向距离归化)；
星载GNSS接收机传输的测量值的误差修正主要包括：伪距粗差探测、载波相位周跳探测、载波相位平滑伪距以及相对论改正。
值得说明的是，这些预处理方法和误差修正方法均为现有技术，因此，本实施例不再对其进行赘述。
计算单元，用于根据预处理和/或误差修正后数据计算预测轨道信息；具体地，如图3所示，
本实施例中的计算单元包括建立子单元、构建子单元以及计算子单元；
建立子单元，用于根据预处理和/或误差修正后数据建立各颗LEO星座卫星的观测方程：
Figure BDA0003234445510000071
其中，y星间链路i、yGNSS-LEOj、yLEO-地面站k分别表示te时刻相应的LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值、相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值、相应LEO卫星与第k个地面跟踪站的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i、xGNSS-LEOj、xLEO-地面站k分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i、vGNSS-LEOj、vleo-地面站k表示相应星间链路、GNSS观测以及地面跟踪站观测数据所包含的观测噪声；
构建子单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及LEO星座卫星整体旋转模型构建LEO星座卫星的状态方程；
Figure BDA0003234445510000072
其中，r表示LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在LEO星座卫星上的力；
计算子单元，基于观测方程和状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取各颗LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取各颗LEO星座卫星的预测轨道信息；
注入站，用于将预测轨道信息上注至过境LEO星座卫星，过境LEO星座卫星通过星间链路传输将预测轨道信息传输至相应的LEO星座卫星，自此，完成一次地面数据处理中心的集中式定轨。
本实施例中的LEO星座分布式定轨模块包括LEO星座卫星以及注入站；
注入站，用于将对应的预测轨道信息注入LEO星座卫星；
LEO星座卫星，用于将获取的星间链路测量值、星载GNSS接收机传输的测量值以及预测轨道信息传输至星载计算机；
星载计算机，用于根据星间链路测量值、星载GNSS接收机传输的测量值以及预测轨道信息计算LEO星座卫星的预测轨道信息。
本实施例中的星载计算机包括预处理及误差修正模块、计算模块以及播报模块；
预处理及误差改正模块，主要用于对星间链路测量值以及星载GNSS接收机传输的测量值进行预处理和/或误差修正；其中：
星间链路测量值的预处理及误差改正主要包括：电离层改正、收发时延改正、相对论改正以及距离归化(包含历元时标归化、双向距离归化)；
星载GNSS接收机传输的测量值的预处理及误差改正主要包括：伪距粗差探测、载波相位周跳探测、载波相位平滑伪距以及相对论改正。
值得说明的是，这些预处理方法和误差修正方法均为现有技术，因此，本实施例不再对其进行赘述。
计算模块，用于根据预处理和/或误差修正后数据以及预测轨道信息计算轨道信息，具体地，如图4所示，
本实施例中的计算模块包括括建立单元、构建单元以及计算单元；
建立单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及轨道信息构建LEO星座卫星的状态方程：
Figure BDA0003234445510000081
其中，r表示LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在LEO星座卫星上的力；
构建单元，用于根据预处理和/或误差修正后数据构建LEO星座卫星的观测方程：
Figure BDA0003234445510000091
其中，y星间链路i和yGNSS-LEOj分别表示te时刻相应的LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值和相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i和xGNSS-LEOj分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i和vGNSS-LEOj分别表示相应星间链路和GNSS观测数据所包含的观测噪声；
计算单元，基于观测方程和状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取LEO星座卫星的轨道信息。
播报模块，用于将轨道信息播发给用户。
至此，所有状态都被推进到下一个测量历元，新的测距帧开始，依次循环实现LEO星座卫星的长期自主导航。
进一步地，本实施例中的LEO星座分布式定轨模块还包括高空导航增强卫星，当星间链路测量值无法满足解算要求时，计算单元可以依靠星载GNSS接收机传输的测量值和导航增强数据，采用PPP-RTK算法来实现LEO星座卫星的实时、高精度定轨。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上提出了一种适用于组网低轨卫星联合定轨的方法，包括以步骤：
S1：获取观测数据和测量数据；
其中，观测数据由地面跟踪站对可跟踪范围内的LEO星座卫星进行跟踪测量获取；测量数据包括LEO星座卫星与周围的LEO星座卫星的距离(星间链路测量值)以及LEO星座卫星与GNSS卫星的距离(星载GNSS接收机传输的测量值)；
S2：根据观测数据和测量数据获取各颗LEO星座卫星的预测轨道信息；
S3：根据测量数据和预测轨道信息获取LEO星座卫星的轨道信息。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，包括LEO星座地面集中式定轨模块和LEO星座分布式定轨模块；
所述LEO星座地面集中式定轨模块，用于获取观测数据和测量数据，并根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗LEO星座卫星的预测轨道信息；
所述LEO星座分布式定轨模块，用于根据所述测量数据和所述预测轨道信息获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
2.根据权利要求1所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述LEO星座地面集中式定轨模块包括地面跟踪站、LEO星座卫星、数据处理中心、GNSS卫星以及注入站；
所述地面跟踪站，用于获取观测数据；所述观测数据由所述地面跟踪站对可跟踪范围内的所述LEO星座卫星进行跟踪测量获取；
所述LEO星座卫星，用于获取测量数据；所述测量数据包括所述LEO星座卫星与周围的所述LEO星座卫星的距离以及所述LEO星座卫星与所述GNSS卫星的距离；
所述数据处理中心，用于根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息；
所述注入站，用于将所述预测轨道信息注入至对应的所述LEO星座卫星。
3.根据权利要求2所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述数据处理中心包括预处理单元、误差修正单元以及计算单元；
所述预处理单元，用于对所述观测数据和/或所述测量数据进行预处理；
所述误差修正单元，用于对所述观测数据和/或所述测量数据进行误差修正；
所述计算单元，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据和所述测量数据计算所述预测轨道信息。
4.根据权利要求3所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述计算单元包括建立子单元、构建子单元以及计算子单元；
所述建立子单元，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据和所述测量数据建立各颗所述LEO星座卫星的观测方程；
Figure FDA0003234445500000011
其中，y星间链路i、yGNSS-LEOj、yLEO-地面站k分别表示te时刻相应的所述LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值、相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值、相应LEO卫星与第k个地面跟踪站的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i、xGNSS-LEOj、xLEO-地面站k分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i、vGNSS-LEOj、vleo-地面站k表示相应星间链路、GNSS观测以及地面跟踪站观测数据所包含的观测噪声；
所述构建子单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及LEO星座卫星整体旋转模型构建所述LEO星座卫星的状态方程；
Figure FDA0003234445500000021
其中，r表示所述LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示所述LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示所述LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在所述LEO星座卫星上的力；
所述计算子单元，基于所述观测方程和所述状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取各颗所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据所述LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息。
5.根据权利要求1所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述LEO星座分布式定轨模块包括LEO星座卫星、星载计算机以及注入站，且所述星载计算机设置在所述LEO星座卫星上；
所述LEO星座卫星，用于获取测量数据；所述测量数据包括所述LEO星座卫星与周围的所述LEO星座卫星的距离以及所述LEO星座卫星与GNSS卫星的距离；
所述注入站，用于将对应的所述预测轨道信息注入所述LEO星座卫星；
所述星载计算机，用于根据所述测量数据和所述预测轨道信息计算所述LEO星座卫星的预测轨道信息。
6.根据权利要求5所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述星载计算机包括预处理及误差修正模块、计算模块以及播报模块；
所述预处理及误差改正模块，用于对所述测量数据进行预处理和/或误差修正；
所述计算模块，用于根据预处理和/或误差修正后的所述观测数据以及所述预测轨道信息计算所述轨道信息；
所述播报模块，用于将所述轨道信息播发给用户。
7.根据权利要求6所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述计算模块包括括建立单元、构建单元以及计算单元；
所述建立单元，用于根据轨道动力学模型、地球自转与极移模型以及所述轨道信息构建所述LEO星座卫星的状态方程；
Figure FDA0003234445500000031
其中，r表示所述LEO星座卫星在坐标系中的空间位置矢量，v表示所述LEO星座卫星在坐标系中的加速度矢量，β为轨道动力学模型参数、地球自转与极移模型参数以及LEO星座整体旋转模型参数共同构成的矩阵，fTB表示地球摄动力、地球大气阻力或太阳辐射压力的影响、fNS表示地球自转与极移的影响，fTD表示所述LEO星座卫星整体旋转的影响，W表示其他作用在所述LEO星座卫星上的力；
所述构建单元，用于根据所述观测数据构建所述LEO星座卫星的观测方程；
Figure FDA0003234445500000032
其中，y星间链路i和yGNSS-LEOj分别表示te时刻相应的所述LEO星座卫星对应第i条LEO星间链路观测值和相应LEO卫星观测到第j颗GNSS卫星的观测值，xG表示te时刻相应LEO卫星轨道状态改正数，x星间链路i和xGNSS-LEOj分别表示除xG以外的待求参数，包括对流程延迟、电离层延迟和收发延时参数；v星间链路i和vGNSS-LEOj分别表示相应星间链路和GNSS观测数据所包含的观测噪声；
所述计算单元，基于所述观测方程和所述状态方程，利用简化动力学算法并结合卡尔曼滤波算法获取所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置，同时根据所述LEO星座卫星的实际位置，利用轨道外推算法获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
8.根据权利要求7所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，还包括高空导航增强卫星，所述高空导航增强卫星用于获取导航增强数据；当用所述观测数据无法获取所述LEO星座卫星的轨道信息时，所述计算单元基于所述导航增强数据和GNSS观测数据采用PPP-RTK算法获取所述LEO星座卫星对应时刻的轨道位置；
其中，所述GNSS观测数据为所述LEO星座卫星与所述GNSS卫星的距离。
9.根据权利要求7所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统，其特征在于，所述LEO星座地面集中式定轨模块中的所述LEO星座卫星和所述注入站与所述LEO星座分布式定轨模块中的LEO星座卫星和所述注入站为同一个。
10.使用如权利要求1-9中任意一项所述的一种适用于组网低轨卫星联合定轨的系统的方法，其特征在于，包括以步骤：
S1：获取观测数据和测量数据；
其中，所述观测数据由地面跟踪站对可跟踪范围内的LEO星座卫星进行跟踪测量获取；所述测量数据包括LEO星座卫星与周围的LEO星座卫星的距离以及LEO星座卫星与GNSS卫星的距离；
S2：根据所述观测数据和所述测量数据获取各颗所述LEO星座卫星的预测轨道信息；
S3：根据所述测量数据和所述预测轨道信息获取所述LEO星座卫星的轨道信息。
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