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基于星载GPS非差观测值的低轨卫星简化动力学定轨理论研究

朱秀英  
【摘要】: 随着空间技术的发展,基于星载GPS精密单点定位技术的低轨卫星精密定轨成为国内外的研究热点之一。本文系统、深入地研究了基于精密单点定位技术的星载GPS低轨卫星简化动力学定轨方法的原理、数学模型、主要力学模型,结合CHAMP星载GPS实测数据,对简化动力学法定轨中的数据预处理、模型误差对定轨精度的影响、随机脉冲的调节作用等做了有益探讨,得出了一些有意义的结论。本文主要贡献有: 1、简要阐述了星载GPS定轨系统的组成、方法及原理,系统分析了定轨中的误差源及应对措施,给出了卫星运动方程和变分方程; 2、重点研究了星载GPS低轨卫星定轨中的数据预处理问题。在分析、比较现有多种数据预处理方法优缺点的基础上,提出一种改进的“Majority Voting”粗差探测方法,来有效地探测星载GPS观测数据中的粗差。解算结果表明,该方法自动化程度高,数据预处理结果好,因而定轨精度高; 3、分析、比较了不同力学模型对简化动力学定轨精度的影响,重点分析了不同阶数、不同级数的不同重力场模型对定轨精度的影响,得出了一些有益结论; 4、分析研究了不同卫星星历、不同钟差加密方法对星载GPS低轨卫星定轨精度的影响,结果表明应用地面GPS跟踪站估计的30秒间隔的精密卫星钟差和事后精密星历的定轨结果最高; 5、系统研究了伪随机速度脉冲的定义、对定轨精度调节的原理及数学模型,结合CHAMP实测数据,研究、分析了简化动力学方法中不同间隔、不同先验方差的伪随机速度脉冲对模型误差的吸收、调节作用,并给出了定轨优化参数; 6、详细探讨了基于星载GPS低轨卫星的简化动力学法定轨的理论及数学模型,采用不同定轨方法对CHAMP卫星进行定轨,分析、比较了不同定轨方法所能达到的定轨精度。结果表明:动力学法定轨精度较差,基于几何信息及动力学信息的简化动力学法定轨精度相对较高,定轨精度约在10cm以内,几何法及简化几何法定轨结果相当,其定轨精度介于动力学定轨与简化动力学定轨方法之间。


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