[发明专利]一种嵌入在移动通讯网中的卫星定轨系统

说明书

本发明是一种嵌入在移动通讯网中的卫星定轨系统。包括有若干个移动通讯基站、卫星数据服务器、若干个移动用户，其中卫星数据服务器把计算出来的高精度轨道参数转发给移动用户,移动通讯基站将采集到的卫星原始数据发送到卫星数据服务器，卫星数据服务器把计算出来的高精度轨道参数提供给卫星地面控制中心，卫星地面控制中心再利用卫星地面站传输卫星轨道修正给导航同步卫星和倾斜轨道同步卫星。本发明通过大规模分布式的利用移动通讯基站来提供卫星原始数据的测量，卫星数据服务器通过网络收集移动通讯基站的测量数据后进行分析，计算同步卫星和倾斜轨道同步卫星的轨道参数，精密确定卫星位置，从而达到提高卫星导航系统精度的目的。

技术领域

本发明是一种嵌入在移动通讯网中的卫星定轨系统，属于嵌入在移动通讯网中的卫星定轨系统的改造技术。

背景技术

中国的北斗II卫星导航系统的空间段由三种卫星构成：同步卫星（GEO）、倾斜轨道同步卫星（IGSO）和中轨地球卫星（MEO）构成。同步卫星和倾斜轨道同步卫星可以提供在地球中轨卫星数量不足时，对地域性的区域事实导航服务。同步卫星和倾斜轨道同步卫星轨道约36000公里，比中轨地球卫星的高度22000公里高很多。同步卫星的高度使得它的轨道参数很难精密测量出来。

目前有下面几种方法用于精密定轨：

1.星载GPS几何法定轨：利用星载GPS测码伪距观测值进行几何法定轨的基本原理，是根据空间距离后方交会的原理，以星载GPS接收机观测到的4颗或4颗以上的GPS卫星距离观测量为基础，并根据已知的每一历元GPS卫星的瞬时坐标，利用迭代的方法，来确定每一历元低轨卫星星载GPS接收机天线的三维坐标及接收机钟差。根据观测量性质的不同，伪距可分为测码伪距和测相伪距，所以，几何法定轨也相应有测码伪距几何法定轨和测相伪距几何法定轨之分。其中，基于测码伪距的几何法定轨是星载GPS低轨卫星定轨中最常用的方法之一。几何法定轨的优点是原理清晰，处理简单。缺点是受伪距观测值精度的影响，定轨精度不高。在几何法定轨中，绝对定位所受的误差影响大,精度不高。而差分定位可以消除一些共同误差项的影响,精度大为提高。其中，伪距差分最适宜于星载GPS几何法实时定轨。采用伪距差分技术定轨,定轨误差与星地的距离有关,距离越大,误差也越大。差分技术定轨还受到差分站坐标误差、对流层延迟改正误差、多路径效应误差等系统误差的影响,若对这些系统误差进行改正,也将进一步提高定轨精度。

2.星载GPS低轨卫星动力学定轨：利用大量的GPS测量数据，建立适当的卫星运动动力学方程，采用动力法定轨，便可削弱偶然误差的影响，提高定轨的精度。该方法不要求连续不断的接收GPS信号，也不要求必须同时可见4颗以上的GPS卫星，可以通过解算精确的摄动力模型组成的动力方程，将后续观测时刻的卫星状态参数归算到初始位置，再由多次观测值确定初始时刻的卫星状态，然后再根据动力方程积分得到任意时刻的运动状态矢量。动力学轨道预报精度有待进一步提高，因为轨道预报的精度限制了积分弧段的长度和几何轨道动力学平滑的精度。低轨卫星由于受到大气阻力等摄动力的影响较大，因此需对各种摄动力模型进一步进行精化。

3.星载GPS低轨卫星卡尔曼滤波定轨：利用卡尔曼滤波可以进行实时定轨；也可以利用卡尔曼平滑技术，在某一段时间内对低轨卫星进行后处理精密定轨。利用传统卡尔曼滤波对低轨卫星定轨，滤波结果呈现发散，结果也没有最小二乘和自适应卡尔曼滤波稳定，其定轨结果不是很可靠。经典卡尔曼能够充分利用预报信息来提高滤波估值的精度，但不能控制粗差，而当观测模型中含有粗差时，自适应方法的估计结果也不理想。