利用GPS导航卫星实现国产低轨卫星精密定轨技术研究与应用
近年来随着我国空间技术的发展，许多低轨卫星在我国的科研和国防领域中得到了广泛的应用，而利用导航卫星进行低轨卫星精密定轨是提高低轨卫星定轨精度的一项重要的手段。为了满足我国航天、测绘等相关领域对高精度卫星轨道的需求，基于星载GPS导航卫星的低轨卫星精密定轨研究工作具有重要的意义。 由于GPS接收机成本相对低廉，设备轻便，又具有全天候、高精度和连续观测的优点，被越来越多的搭载于遥感、气象、海洋测高和资源等应用的低轨卫星上。要实现低轨卫星星载GPS精密定轨，就必须用到GPS导航卫星的各种信息，包括GPS卫星轨道信息，以及GPS卫星高频钟差信息等。目前IGS以及其它数据处理中心都会公布GPS卫星的各种产品，包括最终产品、快速产品和超快速产品。但是，即使是超快速产品，也都有一定的延迟。例如，IGS中心提供的GPS卫星超快速轨道每6小时发布一次，共48小时，前24小时为实测，后24小时为预报。IGS中心提供的GPS卫星钟差快速和超快速钟差只有15min采样间隔，而 CODE中心提供的30sGPS卫星钟差也得延迟14-17小时，有时很难满足工程的要求。另一方面，假如IGS中心由于一些政治原因限制某些GPS卫星产品的获取，势必会对星载GPS低轨卫星精密定轨产生影响。同时，我们可以借鉴全球各个中心对GPS卫星数据处理的策略，针对我国的Compass系统建立自己的北斗数据处理中心。鉴于以上问题，本文对GPS导航卫星轨道确定与钟差估计进行了研究。 本文基于全球基准站对GPS导航星座进行了卫星轨道及钟差估计与预报，并针对星载GPS低轨卫星精密定轨进行了一定的研究。本文的主要工作有： （1）系统介绍了导航卫星精密定轨理论 本文系统的介绍了GPS卫星精密定轨的理论，包括定轨中涉及到的时间系统和坐标系统及其相互转换关系、卫星精密定轨运动方程和观测模型，以及卫星的运动方程和摄动力模型。 （2）导航卫星精密轨道确定与预报 探讨了GPS导航卫星精密轨道确定的流程，阐述了GPS导航卫星轨道生成中GPS数据质量检查及预处理、卫星摄动力模型构建与精化、模糊度解算的方法及分区法方程叠加的问题，利用轨道积分对GPS卫星轨道进行了外推，并最终通过实测数据解算了GPS卫星的轨道，并以IGS轨道作为参考，评价了所估计的轨道与预报的精度。 （3）导航卫星钟差估计与预报 介绍了GPS导航卫星钟差估计的流程及方法，并对高频钟差的插补方法进行了较为详细的介绍。将灰色系统模型GM（1，1）应用到卫星钟差的预报中，减少了要使用的数据量，提高了建模的速度，而且卫星钟差的预报精度相比于其他方法有显著提高。最后以IGS钟差产品作为参考，评价了钟差估计与预报的精度 （4）海洋二号（HY-2）卫星简化动力法定轨及轨道精度评价 针对海洋二号（HY-2），利用星载GPS实测数据，基于简化动力学法计算了海洋二号卫星的轨道，并通过重叠弧段、法国CNES中心的DORIS标准轨道及SLR（Satellite Laser Ranging）观测进行了检核。根据分析结果对卫星的运行情况进行了评价。 （5）资源三号（ZY-3）卫星简化动力法定轨及轨道精度评价 针对资源三号（ZY-3），利用星载GPS实测数据，基于简化动力学法计算了资源三号卫星的轨道，并通过重叠弧段和SLR观测进行了检核。并与星上自主定轨的结果进行了比较，根据分析结果对卫星的运行情况进行了评价。
GPS导航卫星;精密定轨;数据处理;灰色系统模型
山东科技大学
硕士
大地测量学与测量工程
郑作亚;赵春梅
2012
中文
P228.4;V474.25
120
2013-05-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）