星载GPS低轨卫星几何法定轨及动力学平滑方法研究

【摘要】：星载GPS定轨是目前卫星大地测量研究的热点之一。本文基于GPS卫星精密轨道和钟差，较深入地研究了星载GPS几何法定轨及几何法轨道的动力学平滑问题，利用CHAMP星载GPS观测数据，进行了几何法定轨及动力学平滑法定轨的试验。主要研究工作及结论是： ●分析了星载GPS定轨的误差源及IGS所提供的星历的精度，研究了GPS卫星钟差在星载GPS低轨卫星定轨中的应用问题。通过IGS 15分钟间隔钟差的内插值与IGS 5分钟间隔的钟差比较得出，钟差内插精度可达0.046m，完全满足星载GPS低轨卫星定轨的需要。 ●分析了CHAMP星载GPS接收机的伪距观测噪声。结果表明，伪距噪声均方根值为0.236m，当卫星高度角小于30°时，伪距噪声开始明显增大。建议在精密定轨中伪距的测量精度应优于0.3m，相位的测量精度应优于3mm。 ●研究了星载GPS非差观测数据的预处理。引用JPL和BERNE采用的非差观测数据的自动编辑算法，有效地解决了星载GPS观测数据的周跳探测、修复及粗差剔除。 ●研究了几何法定轨的理论和算法，比较了载波相位对伪距进行平滑前后的定轨精度，并利用CHAMP卫星实测资料计算了CHAMP卫星轨道。结果表明，载波相位平滑伪距能有效地提高伪距定轨的精度，用IGS精密星历及内插钟差与用JPL精密星历及30s间隔钟差得到的定轨精度基本相当。 ●研究了几何法轨道的动力学平滑方法，给出了非保守力模型以及CHAMP卫星加速度计数据的使用方法，并利用CHAMP卫星实测加速度计数据对几何法定轨结果进行了动力学平滑。结果表明，动力学平滑能有效改善几何法轨道精度。 ●利用16天的CHAMP星载GPS数据进行了定轨计算。结果表明，几何法定轨的精度在径向、沿迹和法向分别达到0.6m、0.27m和0.25m，动力学平滑法定轨的精度分别达到0.35m、0.20m和0.222m。