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导航卫星自主定轨研究及模拟结果

曾旭平  
【摘要】:当前,导航星座系统是一种非常重要的空间战略资源,是显示一个国家综合实力的重要标志,是占据军事、交通和数字及信息技术战略高地的必备手段。 导航星座的轨道精度是评定其优劣的最重要的指标之一。以GPS为代表的卫星导航系统精密定轨技术已相当成熟,但时至今日,导航卫星轨道还是由分布在全球的地面监控站提供。因为自主导航能在长时期失去地面监控站观测情况下,利用卫星间距离、速度观测,可以继续维持星座的导航定位坐标系统,以提供导航服务,美国军方从上世纪八十年代中后期就持续进行GPS的自主导航研究,取得一系列成果。目前在轨运行的具有自主定轨功能的GPSBLOCK IIR卫星已达10颗以上。随着我国第二代导航卫星定位系统的建立和发展,导航卫星的自主定轨功能已成为迫切需要[刘经南、张文涛,2001]。本论文的核心内容就是利用有限的文献资料,开展导航卫星的自主定轨理论、计算方法、数据模拟等方面的研究工作,以实现导航卫星长时间提供有效导航的能力。本文主要工作和结论如下: 1、回顾了卫星定轨技术的发展历程,并对GPS卫星系统的地面定轨技术和自主定轨技术进行了阐述。虽然自主定轨不能消除星座旋转误差和整体钟误差(AutoNav ensemble clockerrors,绝对钟差),但通过有效的滤波算法,可以减小系统误差和星座旋转误差及整体钟误差的累积,保证长期维持自主导航能力。 2、要实现导航卫星的自主定轨,卫星间就必须建立观测链路。卫星定轨中最常用的2个观测量分别是径向距离及距离变化率。文中针对卫星间可能采取的激光测距、无线电测距、测速等手段的优缺点进行论述。说明了卫星间应采用微波技术,以被动式、单向、双频、伪码手段进行观测。 3、根据导航卫星的特点,提出了可将自主定轨分为三种观测模式及数据处理模式,分别为独立模式、分组模式、统一模式。三种模式均可实现导航卫星的自主定轨功能,各种模式对数据的观测、处理、卫星间的通讯等方面有着不同的要求。 4、导航卫星间观测信号在发射、传播、接收过程中产生的误差主要有卫星钟差、卫星天线相位偏差、对流层误差、电离层误差、多路径误差、接收信号噪声。卫星钟差需要专门的


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