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CHAMP卫星定轨方法研究

刘红新  
【摘要】:在卫星导航系统的研究中,轨道的精密确定和预报是卫星导航系统正常运行的基础,轨道精度也是衡量卫星导航系统性能的一个重要指标,而利用导航星座进行低轨卫星精密定轨是目前应用领域最前沿的方向。如何提高低轨卫星的轨道精度是目前卫星导航技术研究的一大重要课题。 本文首先系统研究了卫星精密定轨的基础理论,包括时间系统和坐标系统以及卫星运动方程中的摄动力模型,然后分析采用不同摄动力模型在星载GPS低轨卫星定轨中的影响量级,接着进行星载GPS观测数据的预处理,最后利用作者自主开发的程序,分别从几何定轨、动力法定轨以及卡尔曼滤波定轨三个方面实现星载GPS低轨卫星的定轨,并达到一定的精度。 本文主要包括以下研究内容: 1、系统研究卫星精密定轨的时间系统和坐标系统:结合卫星定轨的实际要求,讨论了各系统之间的转换关系,对在精密定轨中如何使用JPL星历数据进行定轨参数的计算进行了阐述,并给出了基本框图和详细的公式。 2、运动学方程中摄动力模型研究:卫星运动的动力学模型是卫星精密定轨的基本物理模型,也是动力法进行卫星定轨的基本出发点。本论文详细介绍了描述卫星运动状态的各种动力学模型,给出了详细的推导公式,特别分析了各摄动力模型在运动方程中的作用,对各模型对运动方程的影响大小进行分析。利用GFZ提供的CHAMP卫星实测数据,分析不同模型对低轨卫星定轨的影响,得出了一些有用的结论。 3、系统分析了星载GPS定轨中数据质量控制的问题,给出了GPS非差观测值的线性组合,详细介绍了星载GPS非差观测数据预处理。首先介绍载波相位和伪距的观测模型,讨论了关于周跳的几种探测方法,接着利用线性组合进行周跳探测和粗差剔除,利用经过预处理的载波相位对伪距进行平滑,得到较为精确的观测值,最后通过CHAMP卫星两个弧段的观测值对其进行验证,结果显示观测弧段的精度得到一定的改善。本文还对CHAMP卫星加速度计数据的预处理进行了详细的讨论,通过卫星加速度数据的标校、仪器坐标系和惯性系之间的坐标转换,加速度改正数的归算以及姿态数据间断的处理这几个方面的研究,得到了经过预处理后的非保守力加速度数据,并将其用于后面的动力法精密定轨中。最后通过实例说明,关于CHAMP卫星加速度计数据的预处理是有效的。这为后面的动力学定轨提供了非保守力模型的加速度数据。 4、星载GPS低轨卫星几何定轨:首先分别介绍了基于测码伪距、基于相位


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