[发明专利]一种基于地面参考站观测的GEO卫星轨道机动修复方法

说明书

本发明涉及卫星轨道方法领域，具体是涉及一种基于地面参考站观测的GEO卫星轨道机动修复方法；首先，基于地面参考站数据，在强约束测站的速度和排除机动卫星观测条件下，采用相位观测值历元差分测速模型求解每个测站接收机钟差历元变化量；其次，联合三个或多个地面参考站，使用轨道机动卫星的观测数据以及求解的各测站接收机钟差历元变化量，建立卫星机动速度变化估计模型，求解出机动卫星的三维速度变化量；最后，基于三维速度变化量，积分为轨道的三维位置修正参数，并提供给用户进行轨道机动的修正；本发明可直接获得轨道机动卫星的三维位置修正参数，具有机动修正精度高的特点；轨道机动修正量的解算不需要外部辅助，方便实时应用。

方法领域

本发明涉及卫星轨道方法领域，具体是涉及一种基于地面参考站观测的GEO卫星轨道机动修复方法。

背景方法

北斗卫星导航系统由地球静止轨道卫星GEO、倾斜轨道同步卫星IGSO，和中高轨卫星MEO三种混合星座构成。在各种星体的引力作用下，其GEO卫星常需要轨道机动来调整运行轨道从而维持正常的设计轨道。轨道机动时，卫星上的外加动力使其运行轨道发生改变，逐渐调整到设计的预定轨道上。轨道机动期间，因轨道的非正常改变，其广播星历存在较大偏差，其动力学模型难以准确确定，其精密轨道无法提供，因此对用户的导航定位定时服务会产生巨大的影响。当前，常规做法是通过广播星历提前播发卫星轨道机动标记信息，用户在轨道机动期间不使用当前机动的卫星数据，同时国际IGS服务中心也不提供该颗卫星的精密星历产品。这将大大降低轨道机动卫星的数据使用率，尤其是在观测条件较差情况下会显著影响用户的导航定位定时服务的能力。

基于上述问题，因此如何将机动卫星的轨道进行准确修正，使得用户的导航定位定时性能不受轨道机动的影响，对于卫星导航系统的稳定运行运维以及系统性能提升具有重要意义。

发明内容

为了实现以上目的，本发明提供了一种基于地面参考站观测的GEO卫星轨道机动修复方法，能够将机动卫星的轨道进行准确修正，使得用户的导航定位定时性能不受轨道机动的影响，具体的方法方案如下：

S1：地面参考站原始数据获取：获取参考站上卫星的载波相位观测值以及数据处理需要的辅助产品，包括广播星历、天线相位中心和地球自转参数。

S2：数据整理与预处理：基于广播星历，对步骤S1中获取的全部测站的相位观测值进行数据质量检查、粗差剔除，删除无卫星星历或观测值不完整的数据，得到干净的数据；同时，根据广播星历提供的卫星健康状态信息，对轨道机动的GEO卫星进行标记；并进行数据的周跳探测，给出周跳探测结果。

S3：误差模型修正：对预处理后干净的数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、电离层、对流层和地球自转误差的修正；其中相对论和潮汐修正使用IERS Conventions 2010中指定的模型修正，天线相位中心修正采用igs14.atx模型修正，对流层修正采用Saastamoinen模型修正，地球自转误差修正使用IERS EOP C04模型修正，电离层采用双频无电离层组合观测值消除。

S4：历元差分测速模型建立：基于单个参考站上所有非机动卫星的原始相位观测值、卫星广播星历和测站准确位置，建立历元间差分的观测方程，具体如式(1)：

根据卫星位置和各个测站准确位置计算卫星的高度角，并根据卫星高度角和观测噪声确定其对应的随机模型，具体如式(2)：

式中：为相位观测值，λ为载波波长，上标s代表卫星，下标r代表测站，A为卫星和接收机天线间的单位矢量，v为测站速度，Δ代表历元间差分，ρ为卫星轨道误差，t^s为卫星钟差，t_r为接收机钟差；M为可以模型化误差，包括电离层、对流层、相对论、相位转绕；U为其它非模型化误差，包括星历残差、大气残差、多路效应，暂时忽略不计；P代表观测值权阵，a为相位观测噪声，ε为观测噪声，e为卫星高度角。