[发明专利]用于地球静止轨道卫星精密定轨的镜面投影方法

说明书

技术领域

本发明涉及地球静止轨道卫星精密定轨，尤其涉及使用区域观测站对地球静止轨道卫星的精密定轨。

背景技术

我国正在建设的北斗二代导航、定位与授时系统包含一定数量的地球静止轨道卫星。我国独立设计的中国区域定位、导航通信系统也主要由一定数量的地球静止轨道卫星构成。印度的IRNSS(IndianRegional Navigation Satellite System)则计划由3颗地球静止轨道与4颗倾斜轨道地球静止卫星组成。因此高精度确定地球静止轨道卫星的轨道，是确保新一代导航定位系统的性能及可用性的重要环节。

目前常用的定轨方法主要有几何法、动力法以及简化动力法等多种方法。几何法是根据每个时刻的观测值计算出相应时刻的卫星位置，通过相邻时刻的卫星位置，内插得到卫星的速度；动力法与简化动力法，需要通过其它技术手段获取卫星初始时刻的位置与速度，然后通过轨道积分，采用合适的参数估计方法获取卫星的初始轨道参数，最后再采用轨道积分的方法，积分出所需时刻的卫星的位置与速度。

目前最常用的观测卫星技术是S波段统一测控系统观测技术，统一测控系统技术观测精度不高，测距精度3-5m，卫星定轨精度为几百米级水平，统一测控系统观测技术能基本满足常规地球静止卫星的定轨需要。但卫星导航系统对地球静止卫星需要更高的轨道精度，为了提高定轨精度，美国、欧洲、日本以及我国的一些学者对地球静止轨道卫星定轨技术展开了一系列理论研究和试验。目前提高地球静止轨道卫星定轨精度的技术手段主要有以下四类：

第一类为高分辨率角度观测，如甚长基线干涉测量、连线干涉测量以及高精度CCD光学照相等技术。甚长基线干涉测量技术测角精度优于0.001″，对地球静止轨道卫星定轨精度一般可达到3m左右。其不足之处在于，对测站布设及观测设备要求高，投资较大，且其定轨精度不能满足卫星导航系统的需求。

第二类为采用GPS辅助地球静止轨道卫星精密定轨方法，一种直接采用地球静止轨道卫星星载GPS进行定轨；另一种为GPS增强跟踪方法进行定轨，该方法由地面测站同时接收地球静止轨道卫星和GPS信号。根据GPS观测数据解算测站位置和钟差，再利用接收到的地球静止轨道卫星发射的类GPS信号确定卫星轨道，其定轨精度在米级。这类定轨方法的不足之处在于，GPS应用存在一定的不确定因素，且其定轨精度不能满足卫星导航系统的需求。

第三类为天地基联合定轨，低轨卫星与高轨卫星联合定轨不仅可以突破跟踪网几何局限性，而且间接增加了地球静止轨道卫星相对于地面的动力学约束信息，以TDRSS(Tracking and Data Relay SatelliteSystem)为代表的天地基联合定轨技术的研究进展迅速。分析表明，利用TDRSS和BRTS(Bilateration Ranging and Tracking System)同时确定TDRS卫星和用户星TOPEX/POSEIDON轨道，定轨精度分别可以达到30m和3m，如果固定TOPEX/POSEIDON卫星轨道，则TDRS卫星能达到10m轨道精度。这类方法的不足之处在于，其定轨精度不能满足卫星导航系统的需求。

第四类为高精度的测距，在第9届国际卫星双向时间比对讨论会上，中国科学院国家授时中心提出了转发器式卫星测轨观测方法，并正式用于中国区域定位系统，测距精度在1cm左右，定轨精度可达2米左右，并能全天候观测。其不足之处在于，定轨精度不能满足卫星导航系统的需求。

由于地球静止轨道卫星轨道距地面三万六千公里，卫星对整个地球张角不到18度，要充分利用卫星对整个地球的张角，地面测站间的最大距离要接近地球的直径，布设难度较大，使得对地球静止轨道卫星的观测几何结构强度差；其次由于地球静止轨道卫星与地面跟踪站位置相对静止，站星几何变化很小，增加观测时间带来的信息量有限，使得钟差及测站偏差等一些系统误差难以解算和分离。地球静止轨道卫星精密定轨的精度也难以满足导航定位的需要，机动期间的轨道更是难以较高精度的确定。

发明内容

本发明的目的是：用于地球静止轨道卫星精密定轨的镜面投影方法。该方法采用构建一定数量的虚拟跟踪站的方式，使观测结构得以改善，从而提高地球静止轨道卫星机动与非机动期间的定轨精度。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

用于地球静止轨道卫星精密定轨的镜面投影法包含下列步骤：

1、计算镜面投影法实施需要的投影面

1.a、用几何法或动力法求解地球静止轨道卫星的轨道面，将该轨道面作为投影面；