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《武汉大学》 2018年
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GNSS超快速轨道预报关键技术研究

张鹏  
【摘要】:卫星导航定位技术自上个世纪70年代出现以来,呈现出巨大的研究价值并经历着前所未有的高速发展。主要包括两个方面:一是导航卫星星座部分,新兴的Galileo和北斗卫星导航系统稳步建设、由单一的中地球轨道发展成现在具有多种轨道形式卫星星座、播发三频或多频信号的新技术卫星逐步替代老卫星等等;二是GNSS实时高精度定位服务系统层出不穷,可为全球任意位置的用户提供实时高精度的定位、导航和授时服务。由此可见,多模GNSS实时高精度定位是当今GNSS领域发展的形势所在。作为GNSS定位的空间动态基准,实时高精度的卫星轨道扮演着最重要的角色。任何的轨道误差都会直接影响到GNSS定位的结果,特别是当今实时厘米级的PPP-RTK技术、实时大气监测、基于GNSS的地震海啸预警等技术的出现,对实时轨道的精度提出了更高的要求。作为GNSS实时轨道最常见的一种,超快速预报轨道有着十分重要的研究价值和使用前景。本文从超快速预报轨道的发展现状着手,分析总结了现今对于超快速预报轨道研究存在的不足,从超快速预报轨道的解算流程、数学模型和一些其他关键问题出发,研究了观测拟合轨道弧长对轨道预报性能的影响和零偏期间光压模型的轨道预报性能,具体包括以下内容:1)首先介绍了多模GNSS的发展现状和GNSS定位技术的发展历程,总结多模GNSS超快速预报轨道的重要性和本文的研究意义。然后介绍了国内外超快速轨道的发展现状和超快速预报轨道关键技术(观测拟合轨道弧长和光压模型)的研究成果。之后总结了现今多模GNSS超快速预报轨道发展存在的一些未解决的问题。2)从轨道预报流程出发,首先介绍了常用的坐标系以及其相互转换时用到的ERP参数,然后介绍了卫星运动方程,用公式证明了卫星轨道的求解可以归结为求解卫星的初始状态参数,紧接着介绍了轨道拟合估计卫星初始状态参数的原理。轨道预报还涉及到动力学模型的选择,归纳了动力学模型中光压模型的类型以及介绍了具有代表性的光压模型。最后介绍了评价预报轨道性能的方法。3)研究关于观测轨道拟合弧长对GPS、GLONASS、Galileo和BDS轨道预报性能的影响。影响分析从三个方面展开,包括轨道差、Helmert 一致性和光压参数的稳定性。对于轨道差,GPS、GLONASS、Galileo、BDS-IGSO和BDS-MEO的WRMS和轨道残差中位数分别在观测拟合弧段处于40-45小时,40-45小时,42-48小时,40-50小时和42-54小时达到最优。对于Helmert一致性,各导航系统分别在观测拟合弧段处于40-45小时,36-45小时,42-48小时,42-48小时和39-54小时有更稳定的Helmert转换参数。同样结果显示轨道预报性能和光压参数的稳定性有着很强的联系。总体来说,GPS和GLONASS光压参数每日变化的RMS值在40-48和44-48小时达到最小。当考虑到IGS MGEX多模GNSS系统超快速轨道预报联合解算时,基于以上的分析,建议最优观测拟合轨道弧长选择42-45小时。4)采用2015年全年北斗IGSO和MEO卫星零偏的数据实现轨道预报,比较四种光压模型在零偏时期轨道预报的表现,包括ECOM 5参数模型、ECOM 5参数加切向常量经验加速度模型、ECOM 9参数模型和修改过的可校正Box-wing模型。其预报轨道和事后精密星历、SLR观测值相比较得出:不论是对于北斗IGSO还是MEO卫星,ECOM 9参数和修改过的可校正Box-wing模型的精度和稳定性是最优的,其中修改过的可校正Box-wing模型略优于ECOM 9参数模型;和动偏期间轨道预报相比,零偏期间需要提高的主要是切向和径向方向上的精度。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:P228.4

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【参考文献】
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