CN113608247A

CN113608247A - 一种卫星的定轨方法

Info

Publication number: CN113608247A
Application number: CN202110918750.7A
Authority: CN
Inventors: 胡小工; 刘利; 唐成盼; 郭睿; 周善石; 曹月玲; 李晓杰; 刘帅; 辛洁; 杨宇飞; 郭靖蕾; 田翌君
Original assignee: 32021 Army Of Chinese Pla; Shanghai Astronomical Observatory of CAS
Current assignee: 32021 Army Of Chinese Pla; Shanghai Astronomical Observatory of CAS
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明公开一种卫星的定轨方法，融合星地星间观测数据进行定轨：首先，对L波段伪距观测数据进行预处理，以剔除残差大于指定值的伪距观测数据；并对L波段相位观测数据进行预处理，包括探测相位观测数据中的周跳，并进行修复；然后，对Ka波段星间观测数据进行误差修正，并对误差修正后的Ka波段星间观测数据进行时标修正，根据参考卫星轨道和钟差信息对星间相对距离进行改正，将其归算到中间历元；以及融合星间相对距离及L波段伪距及相位观测数据，组建法方程，进行定轨解算。

Description

一种卫星的定轨方法

技术领域

本发明总的来说涉及航空航天技术领域，更具体而言涉及一种卫星的定轨方法。

背景技术

目前卫星导航领域常规的卫星轨道测定技术是基于L波段星地观测数据的多星多站定轨，其原理是依靠一定数量的监测接收机对可见卫星进行跟踪观测，获得L波段的伪距和相位观测数据，约束监测接收机的坐标，解算卫星轨道根数以及光压参数，并通过轨道积分及拟合得到卫星广播星历。由于监测接收机成本低，易于实现与推广，成为了导航卫星定轨的主要手段。

但是大量的研究论证和计算分析表明，基于L波段星地观测数据的多星多站定轨要求监测接收机能够实现对卫星全弧段多重连续跟踪观测，因此需要在全球范围内的中低纬度地区均匀布设几十个甚至更多的监测接收机，才能获得精度较高且精度稳定的轨道测定结果。一旦监测接收机数量不足，或分布不均，则在监测接收机分布不足的区域，卫星轨道精度将会降低，广播星历也无法及时更新。

此外，当地面运控系统故障时，还会采用基于Ka波段星间观测数据的卫星星座自主定轨，防止系统服务中断。采用Ka波段进行卫星之间的测距与通信，不受地面监测接收机的数量与分布的限制，实现对卫星全弧段多重覆盖。但是，该方法仅依靠几个地面锚固站与卫星星座建链，得到的卫星轨道精度比基于L波段星地观测数据的多星多站定轨低。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明提供一种卫星的定轨方法，其融合了星地星间观测数据，可应用于北斗导航卫星，所述生成方法包括：

对L波段伪距观测数据进行预处理，包括剔除残差大于指定值的伪距观测数据；

对相位观测数据进行预处理，包括探测相位观测数据中的周跳，并进行修复；

对Ka波段星间观测数据进行误差修正；

对误差修正后的Ka波段星间观测数据进行时标修正，并根据参考卫星轨道和钟差信息对星间相对距离进行改正，将其归算到中间历元；以及

融合星间相对距离及L波段伪距及相位观测数据，进行定轨解算。

进一步地，所述剔除残差大于指定值的伪距观测数据包括：

根据参考轨道及测站坐标计算O-C值；以及

通过中位数法剔除残差大于指定值的伪距观测数据。

进一步地，所述Ka波段星间观测数据的误差修正包括卫星天线相位中心修正以及相对论改正。

进一步地，所述Ka波段星间观测数据的误差修正还包括，对卫星与地面Ka波段锚固站观测数据进行电离层模型修正、对流层模型修正以及固体潮改正和接收机相位中心改正。

进一步地，所述定轨解算采用的力学模型包括：地球对卫星的中心引力、保守力摄动和非保守力摄动。

进一步地，所述保守力摄动包括N体摄动、地球形状摄动、固体潮、以及海潮摄动。

进一步地，所述非保守力摄动包括太阳直射辐射压摄动、地球反照辐射压摄动以及卫星本体辐射摄动。

进一步地，所述定轨解算还包括：进行定轨解算前，对时标修正后的星间观测数据进行配对，实现星间相对距离及相对钟差的解耦合。

本发明提供的一种卫星的定轨方法在基于L波段星地观测数据的多星多站定轨基础上，加入了Ka波段星间观测数据，突破了地面监测接收机对卫星轨道精度的限制，可以提高卫星导航系统中各导航卫星的广播星历的精度。相较于基于L波段星地观测数据的多星多站定轨方法，所述方法一方面降低了对于地面设备的依赖，突破了监测接收机数量和地理分布对轨道精度的限制，另一方面，其实现了星间链路相对距离信息与相对钟差信息的解耦合，使星间相对距离数据可以直接用于定轨。此外，所述方法融合了L波段星地观测数据和Ka波段星间观测数据以组建立法方程，使得卫星轨道根数、光压参数以及星间链路设备时延联合解算，一步求解，使得结果更加严谨的同时，简化了计算步骤。经测试，所述方法定轨及预报2h的轨道视向精度均优于15cm，且定轨精度很稳定。所述方法应用于北斗卫星导航系统中，能够有效地提高北斗卫星导航系统中导航卫星的定轨精度和卫星导航系统的可用度。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种卫星的定轨方法的流程示意图；

图2a示出某时刻一个故障接收机通过多星定轨得到的伪距残差；

图2b示出剔除图2a中伪距残差的粗差后的伪距O-C；

图3a示出某时刻一个卫星通过多星定轨得到的伪距残差；

图3b示出剔除图3a中伪距残差的粗差后的伪距O-C；

图4a示出某时刻一个接收机通过多星定轨得到的伪距残差；

图4b示出剔除图4a中伪距残差的粗差后的伪距O-C；

图5示出本发明一个实施例的一种粗差剔除方法的流程示意图；

图6a示出一个卫星某弧段的星间链路定轨残差图；

图6b示出又一个卫星某弧段的星间链路定轨残差图；

图6c示出再一个卫星某弧段的定轨重叠弧段误差图；

图6d示出另一个卫星某弧段的定轨重叠弧段误差图；

图6e示出重叠弧段的误差的平均值统计结果；

图6f示出一个卫星的预报轨道重叠弧段误差图；

图6g示出又一个卫星的预报轨道重叠弧段误差图；

图6h示出预报轨道重叠弧段的误差的平均值统计结果；以及

图6i示出定轨的SLR检核结果。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

由于诸多原因，我国的北斗卫星导航系统监测接收机全部分布在中国境内。由于监测接收机在数量和分布上的缺陷，北斗卫星导航系统无法实现对MEO卫星的全弧段多重连续跟踪观测，当MEO卫星运行到境外时，监测站与对卫星的跟踪观测全部中断，L波段的伪距和相位观测数据的缺失，造成了卫星境外弧段的轨道精度迅速下降，广播星历也无法及时更新。北斗卫星导航系统监测接收机数量和分布的缺陷，使得基于 L波段星地观测数据的多星多站定轨的卫星轨道在中国以外地区精度下降已经成为了影响系统服务性能的瓶颈。

为了提高北斗卫星导航系统中导航卫星的定轨精度和卫星导航系统的可用度，本发明提供一种卫星的定轨方法，融合星地星间观测数据，在基于L波段星地观测数据的多星多站定轨基础上，加入了Ka波段星间观测数据，相比传统定轨方法，所述方法可减少卫星定轨精度对地面监测站数量和分布的限制，有效克服GEO/IGSO/MEO混合星座动力学模型精度不足的缺陷，将混合星座导航卫星定轨精度提升40％左右。下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种卫星的定轨方法的流程示意图。

如图1所示，一种卫星的定轨方法，包括:

首先，在步骤101，伪距观测数据预处理。由于基于L波段星地观测数据的多星多站定轨通常采用伪距及相位观测数据，因此，在进行定轨计算之前需要对伪距及相位观测数据进行预处理，其中，对伪距观测数据的预处理，主要包括剔除残差大于指定值的伪距观测数据。这是由于在实际运行中，接收机故障后往往会发生跳变，使得对卫星的观测数据产生粗差，其中，伪距观测数据的异常可能会对定轨的过程及结果产生影响。具体而言，伪距观测数据的观测方程为：

其中，

为星地距离，可以根据卫星和接收机参考位置得到，c为光速，dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差，δ_tr为对流程延迟，δ_ion为电离层延迟，δ_ph卫星相位中心改正，δ_rel相对论效应，δ_ecc为测站偏心改正，δ_tide为测站潮汐改正，以及ε_p为伪距观测数据未模型化的误差，所述误差包括多路径效应、接收机噪声、以及其它微小的误差。而定轨时通常会选取一个接收机或卫星的钟差作为基准钟进行固定，其它所有卫星和接收机的钟差被视为历元独立的参数进行求解。通过对伪距观测数据的观测方程可以看出，接收机钟差取决于伪距观测量。即在没有粗差的情况下，某时刻接收机钟差等于接收机对于所有卫星伪距观测量平均偏差。因此，一旦该接收机对于某颗卫星的伪距观测值产生异常，观测值严重偏离正常值，则会引起该时刻接收机钟差结果出现较大偏差，从而污染该接收机与所有卫星的伪距残差。同理，在没有粗差的情况下，某时刻卫星钟差等于所有接收机对该卫星伪距观测量平均偏差。而当某个接收机对该卫星的伪距观测数据产生异常时，则会引起该时刻卫星钟差结果出现偏差，从而污染该卫星与所有接收机之间的伪距残差。通过图2a、3a及4a可直观的体现跳变对于伪距残差的影响：

图2a示出某时刻一个故障接收机通过多星定轨得到的伪距残差，如图2a所示，所述故障接收机在该定轨弧段的伪距残差RMS 达到10000米以上，经过分析，可以发现该接收机多个时段对C02、 C04和C46卫星的伪距观测数据出现了异常跳变，其中，C04卫星的异常最为显著，导致残差达到了几万米；

图3a示出该时刻C04卫星通过多星定轨得到的伪距残差，可以看出，所述故障接收机对于所述C04为才能够的伪距观测数据产生异常，对所述C04卫星与所有接收机之间的伪距残差均产生了污染；

以及

图4a示出该时刻C04卫星对应的另一个接收机通过多星定轨得到的伪距残差，可以看出，由于所述接收机与C04卫星之间的伪距残差被污染，又进一步地污染了所述接收机与其他所有卫星的伪距残差，使得整个程序出现崩溃。

正常情况下，个别的粗差可以通过判断最小二乘验后残差的大小，经过迭代进行剔除，但是当接收机在一段时间内出现较多大的粗差时，会导致定轨迭代次数增加，计算耗时上升，影响软件运行结果的实时性，严重时甚至会导致验后残差提出的方法失效，导致正常数据剔除过多，法方程解算失败。基于此，在本发明的一个实施例中，采用了基于先验 O-C值的中位数粗差剔除方法，利用中位数对于粗差不敏感的特性判断并剔除粗差，图5示出本发明一个实施例的一种粗差剔除方法的流程示意图。如图5所示，一种粗差剔除方法，包括：

首先，在步骤501，计算O-C值。根据先验卫星轨道、先验卫星钟差、先验测站位置以及先验测站钟差等信息，计算历元i所有伪距观测数据的O-C值；

接下来，在步骤5021，统计接收机O-C值中位数。统计接收机 j对所有卫星的O-C值的中位数；

接下来，在步骤5022，计算O-C值与中位数的差值并判断。计算接收机j对所有卫星的O-C值与所述中位数之前的差值，并判断是否存在差值超过阈值，如存在，则进入步骤5023，如不存在，则根据步骤5021及5022，对下一个接收机的数据进行统计及处理；在步骤5023，剔除粗差。将与所述中位数差值最大的O-C值对应的伪距观测数据剔除，然后，根据步骤5021及5022，则认为接收机j在历元i对所有卫星的伪距观测值均正常，对下一个接收机的数据进行统计及处理；

在步骤5021的同时，在步骤5031，统计卫星O-C值中位数。

统计卫星k对所有接收机的O-C值的中位数；

接下来，在步骤5032，计算O-C值与中位数的差值并判断。计算卫星k对所有接收机的O-C值与所述中位数之前的差值，并判断是否存在差值超过阈值，如存在，则进入步骤5033，如不存在，则认为卫星k在历元i对所有接收机的伪距观测值均正常，根据步骤 5031及5032，对下一个卫星的数据进行统计及处理；

在步骤5033，剔除粗差。将与所述中位数差值最大的O-C值对应的伪距观测数据剔除，然后，根据步骤5031及5032，对下一个卫星的数据进行统计及处理；以及

最后，在步骤504，判断是否遍历所有历元。当前历元中所有接收机及卫星的数据均处理完成后，判断是否已对所有历元数据进行处理，若是，则结束粗差剔除，若否，则根据前述步骤，对下一个历元数据进行处理，直至处理完所有历元的数据。

其中，关于阈值的大小的设置需要兼顾数据剔除效果和误处理的风险，如果阈值设置过大，则会导致粗差不能完全剔除，而如果阈值设置过小，则会导致过多正常数据被剔除，在本发明的一个实施例中，所述阈值设置为1000m。图2b、3b及4b分别示出了图2a、3a及4a中故障接收机、C04卫星及接收机经过上述方法进行粗差剔除后的伪距O-C：

图2b示出剔除图2a中伪距残差的粗差后的伪距O-C，可以看出，所述故障接收机对C02、C04和C46号卫星先验伪距O-C值中的异常粗差全部被剔除，进而使得O-C的RMS统计值由10000m以上降低到了12.97m，且其他卫星与所述故障接收机的O-C值也随之恢复正常；

图3b示出剔除图3a中伪距残差的粗差后的伪距O-C，可以看出，所述C04卫星对故障接收机的先验伪距O-C值中的异常粗差被剔除，使得所述C04卫星对其他接收机的O-C值随之恢复正常，其 RMS统计值降至6.87m；以及

图4b示出剔除图4a中伪距残差的粗差后的伪距O-C，可以看出，所述接收机对各个卫星的O-C值也恢复了正常，其RMS统计值降至12.9m。

虽然伪距O-C值中依然存在一些明显变化，这是由于卫星初轨精度较低引起的，在之后的定轨计算中，随着轨道精度的提高和粗差的进一步剔除，观测值残差会越来越小，直至定轨结束；

接下来，在步骤102，相位观测数据预处理。由于相位观测量跳变的影响，可以通过粗差探测及修复消除，不会对软件运行及定轨结果产生影响，因此，对于相位观测数据预处理，主要包括探测相位观测数据中的周跳，并进行修复。相位观测数据的观测方程为：

其中，

为星地距离，可以根据卫星和接收机参考位置得到，c为光速，dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差，δ_tr为对流程延迟，δ_ion为电离层延迟，δ_ph卫星相位中心改正，δ_rel相对论效应，δ_ecc为测站偏心改正，δ_tide为测站潮汐改正，

为相位观测数据未模型化的误差，所述误差包括多路径效应、接收机噪声、以及其它微小的误差，以及λ为载波的波长，

为整周模糊度。所述整周模糊度的存在就使得接收机钟差会被模糊度所吸收，因此，对于相位观测数据预处理，主要包括探测相位观测数据中的周跳，并进行修复，而不需要进行粗差剔除；

接下来，在步骤103，星间观测数据修正。由于星间链路采用双单向测距体制，其观测数据中包括两个间隔指定时间的正反测距值，也就是说星间观测数据中不仅包含了两个卫星之间的距离信息，也包含了卫星之间的相对钟差。通过对正反两个测距值求和或做差，可以将距离和钟差信息解耦，具体来说，就是两个相反方向的测距值相加即为卫星距离的2倍，两个测距值相减即为相对钟差的两倍。但是由于两次测距发生的时间不同，因此需要对测距值进行时间归算，基于此，在本发明的一个实施例中，所述星间观测数据的修正包括对Ka波段星间观测数据进行误差修正及时标修正。

其中，所述双单向测量的过程为：首先，由卫星A在其钟面t₁发出测距信号，卫星B在其钟面时t₂接收到测距信号，得到正向测距值

然后由卫星B在其钟面t₃发出测距信号，卫星B在其钟面时t₄接收到测距信号，得到反向测距值

则所述正向及反向测距值可以表示为：

其中,

及

分别为卫星的三维位置向量，clk_A和clk_B分别为卫星的钟差，

和

分别为卫星A星间链路载荷的发射和接收时延，

和

分别为卫星B星间链路载荷的发射和接收时延，

和

分别表示正向及反向测距值的模型改正，在本发明的一个实施例中，所述模型改正包括卫星天线相位中心改正、相对论效应改正等，如果是卫星与锚固站之间的建链还包括对流层延迟改正、测站相位中心改正、以及潮汐效应改正等,ξ为观测噪声及其它未知的系统误差。Ka波段的电离层改正为mm级，而星间链路测距值的精度约为几个cm，可以忽略不计。在本发明的一个实施例中，所述卫星天线相位中心改正需要对相互观测的卫星均进行改正，其中，星间测距值的发射卫星天线相位中心改正可以表示为：

其中，为

发射卫星质心在惯性系中的位置矢量，

为接收卫星的位置矢量，以及

为发射卫星的天线相位中心偏差在惯性系中的表示：

其中，

为星固系在三个坐标轴在惯性系的投影，其可根据卫星在惯性系下的位置矢量和太阳位置矢量(或速度位置矢量)计算得到，以及

为发射信号卫星的相位中心偏差在星固系中的表示；

类似地，星间测距值的接收卫星天线相位中心改正可以表示为：

其中，

为接收卫星天线相位中心偏差在惯性系中的表示：

其中，

为接收信号卫星的相位中心偏差在星固系中的表示；

相对论效应会引起卫星钟频率变化，引起卫星钟时间偏差，从而影响测距值，因此，在本发明的一个实施例中，正向及反向测距值的模型改正还包括相对论效应改正：

其中,

为两个卫星的位置，以及

为两个卫星的速度，c为光速；

由于导航卫星轨道高度比较高，大部分卫星之间的建链不穿过对流层，仅有位于地球两侧的卫星之间建链，有一小部分路径穿过对流层的高点，但是影响十分有限，通常不进行改正，但是如果进行卫星与锚固站的建链时，则需要进行对流层延迟改正，在本发明的一个实施例中，所述对流层延迟改正根据如下公式计算：

δ_tro＝ZTD_dm_d(E)+ZTD_wm_w(E),

其中，ZTD_d及ZTD_w分别为测站天顶距方向的对流层干湿分量影响，其对于观测量的影响需要根据不同的干湿分量映射函数m_d(E)及m_w(E) 映射到观测方向，映射函数的大小与卫星的高度角E有关，其中，干延迟站总量的约90％，可以根据测站的温度、气压计算得到，而湿延迟难以精确计算，通常是通过模型计算静力学延迟量，而将湿延迟作为未知数进行估计；

在引力场的作用下，电磁波的传播速度小于光速，这种由引力引起的传播时间偏差称为引力时延，所述引力时延计算如下：

其中，GM为地球万有引力常数，r_A及r_B分别为两个卫星到地心的距离，ρ为两个卫星之间的距离。

由于Ka频率较高，受电离层延迟的影响仅有几个毫米，可以忽略不计。而星间链路的设备时延则会作为未知数，与卫星轨道、钟差等参数一起解算。

基于上述正向及反向测距值的模型改正，距离和钟差信息解耦包括：

首先，在所述正向及反向测距值中根据信号传播时延Δt₂、Δt₄计算t₁及t₃，其中所述信号传播时延通过迭代计算得到，则所述正向及反向测距值为：

接下来，根据参考卫星轨道和钟差信息对所述正向及反向测距值进行改正，将其归算到中间历元：

其中，dρ_AB及dρ_BA为卫星位置和卫星钟差改正量：

可以看出，当卫星参考速度优于0.1mm/s的精度，以及钟速优于 1E-13s/s的情况下，dρ_AB及dρ_BA的计算精度将优于1cm。

正向及反向测距值相加可以消除钟差的影响，得到卫星之间的相对距离：

正向及反向测距值相减则可以消除卫星位置的影响，得到卫星之间的相对钟差：

如前所述，卫星相对距离ρ_BA(t₀)和卫星相对钟差δclk_AB(t₀)实现解耦，进而分别用于卫星轨道和卫星钟差解算。为了保证归算精度，在本发明的一个实施例中，正向和反向两个测距值之间的指定间隔时间为在 3秒左右，一旦时间间隔过大，会造成归算精度下降；以及

最后，在步骤104，定轨解算。融合星间相对距离及L波段伪距及相位数据，进行定轨解算。在本发明的一个实施例中，所述定轨解算采用的力学模型包括：地球对卫星的中心引力、保守力摄动和非保守力摄动，卫星的运动方程如下：

其初始条件为：

其中，t为时间，f为摄动力加速度，

为待估动力学参数，如光压模型参数、经验力参数等，a,e,i,Ω,ω,M为某时刻的六个卫星轨道根数， G表示万有引力常数，M表示地球的质量，

为卫星的位置向量，

为卫星的加速度向量，根据上述公式，可以推算出任意时刻的卫星位置和速度。

所述保守力摄动包括N体摄动、地球形状摄动、固体潮、以及海潮摄动，非保守力摄动包括太阳直射辐射压摄动、地球反照辐射压摄动和卫星本体辐射摄动；在本发明的一个实施例中，地球引力场采用12×12 阶JGM-3模型，行星历表采用JPL DE405参数，章动模型采用IAU80模型，太阳光压和地球反照辐射压模型采用ECOM 5参数模型，固体潮采用IERS96模型。

基于上述力学模型，定轨解算包括：

首先，建立观测方程。卫星定轨建立观测方程的过程就是对定轨观测方程进行线性化的过程。若非线性观测方程为：

其中，t_i为观测时刻，

为待估参数向量，其中包括卫星轨道根数、动力学模型参数、卫星钟差、测站坐标、接收机钟差等，Y_i为观测量，ε_i为观测误差，则首先在t_i时刻卫星参考位置

处展开：

然后将观测方程映射到参考时刻：

其中，Φ(t_i,t₀)包含了状态转移矩阵

和敏感矩阵s(t_i,t₀)两个部分，可通过轨道积分获得，

为参数改正值；

接下来，通过法方程叠加的方式实现星地星间观测数据的融合。卫星定轨观测方程是以测量模型为基础建立的，由此可确定函数G以及其对待估参数偏导数

通常，导航卫星定轨是以伪距相位观测数据作为数据源，其可记为：

其中，

为卫星轨道根数动力学模型参数等公共参数，A₁₂为

为卫星钟差、接收机坐标及钟差、对流层参数等非公共参数，A₁₁为相应偏导数；以及

星间观测则是以星间测距归算值作为观测数据，其可记为：

其中，

X为卫星的状态向量，包括卫星位置、速度以及动力学模型参数，D为卫星的收发时延和:

为卫星的收发时延和的改正值；

则星地星间观测数据合并可得：

以及

最后，解算得到卫星的轨道，进而生成广播星历，供用户使用。

为了验证所述定轨方法，采用了某年14天内的北斗三号组网卫星的实测数据进行定轨试验，定轨用站包括分布于中国境内不同区域的七个监测站，定轨弧长为72小时。最终测试得到的仅星地观测数据生成的广播星历与融合星地星间观测数据生成广播星历的精度对比如表1所示。图6a-6i则示出试验过程中的一些数据结果：

图6a示出一个卫星(C19)某弧段的星间链路定轨残差图；

图6b示出又一个卫星(C22)某弧段的星间链路定轨残差图；

图6c示出再一个卫星(C20)某弧段的定轨重叠弧段误差图；

图6d示出另一个卫星(C35)某弧段的的定轨重叠弧段误差图；

图6e示出试验期间，11个重叠弧段的误差的平均值统计结果；

图6f示出一个卫星(C20)某一天的预报轨道重叠弧段误差图；

图6g示出又一个卫星(C35)某一天的预报轨道重叠弧段误差图；

图6h示出试验期间，11个预报轨道重叠弧段的误差的平均值统计结果；以及

图6i示出试验期间定轨的SLR检核结果。

可以看出，加入星间链路观测数据对BDS-3组网星轨道测定精度提升明显。BDS-3组网星区域站定轨重叠弧段3D位置互差RMS由0.61m 提高到0.16m，提升了74％，径向互差RMS由0.13m提高到优于0.01m； BDS-3组网星轨道预报精度也有提升明显。BDS-3组网星区域站轨道预报2小时三维位置精度由1.52m提高到0.23m，提升了85％。附图6i结果表明，融合星地星间观测数据生成广播星历SLR检核结果精度优于 15cm。

表1

本发明提供的定轨方法，相比传统定轨方法，可减少卫星定轨精度对地面监测站数量和分布的限制，有效克服GEO/IGSO/MEO混合星座动力学模型精度不足的缺陷，将混合星座导航卫星定轨精度提升40％左右。基于北斗二号卫星导航系统试验分析，所述方法可将GEO卫星轨道视向精度由85cm提升至52cm，IGSO卫星轨道视向精度由37cm提升至21cm，MEO卫星轨道视向精度由50cm提升至21cm，且定轨精度稳定。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims

1.一种卫星的定轨方法，其特征在于，融合星地星间观测数据进行定轨，所述定轨方法包括步骤：

对L波段相位观测数据进行预处理，包括探测相位观测数据中的周跳，并进行修复；

对Ka波段星间观测数据进行误差修正；

融合星间相对距离及L波段伪距及相位观测数据，组建法方程，进行定轨解算。

2.如权利要求1所述的定轨方法，其特征在于，所述剔除残差大于指定值的伪距观测数据包括：

根据参考轨道及测站坐标计算O-C值；以及

通过中位数法剔除残差大于指定值的伪距观测数据。

3.如权利要求1所述的定轨方法，其特征在于，所述Ka波段星间观测数据的误差修正包括卫星天线相位中心修正以及相对论改正。

4.如权利要求1所述的定轨方法，其特征在于，所述Ka波段星间观测数据的误差修正还包括，对卫星与地面Ka波段锚固站观测数据进行电离层模型修正、对流层模型修正以及固体潮改正和接收机相位中心改正。

5.如权利要求1所述的定轨方法，其特征在于，所述定轨解算采用的力学模型包括：地球对卫星的中心引力、保守力摄动和非保守力摄动。

6.如权利要求5所述的定轨方法，其特征在于，所述保守力摄动包括N体摄动、地球形状摄动、固体潮、以及海潮摄动。

7.如权利要求5所述的定轨方法，其特征在于，所述非保守力摄动包括太阳直射辐射压摄动、地球反照辐射压摄动以及卫星本体辐射摄动。

8.如权利要求1所述的定轨方法，其特征在于，所述定轨解算还包括：进行定轨解算前，对时标修正后的星间观测数据进行配对，实现星间相对距离及相对钟差的解耦合。