[发明专利]一种高精度的导航卫星TGD参数标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航卫星在轨标定技术领域，尤其涉及一种高精度的导航卫星TGD参数标定方法。

背景技术

电离层延迟是用户接收机测量值的主要误差源之一。消除电离层延迟误差的最有效办法是组合两个频率的测量值，随之而来的问题是引入了导航卫星的通道间时延偏差(TGD)以及用户接收通道间时延偏差(IFB)。导航卫星TGD参数的精确标定对于用户的定位精度和授时精度具有重要意义。另外，卫星导航系统可用于测量电离层的总电子含量(TEC)，具有精度高、成本低的优点。该项技术中最重要的影响因素是导航卫星的TGD参数与地面站接收通道的IFB参数。

用户或地面站接收通道的IFB参数可通过共视导航卫星的方法事先标定，或者通过有线连接方式精确标定接收机的频间时延偏差，且通过无线方式标定用户或地面站天线的频间时延偏差。导航卫星在工厂电测阶段都进行信号发射通道时延的标定，由于发射通道所处的卫星内外环境不断变化，并且发射通道自身出现老化，发射通道时延不是一个固定值。部分GPS卫星的L1与L2频点通道时延差的在轨标定结果与地面测试结果相差1～3ns。部分GPS卫星TGD一年内的波动达到0.2～0.7ns，而十年内的变化达到3ns左右。

TGD参数的标定方法得到了大量研究，研究点主要集中在卫星TGD参数的标定方法，以及解决卫星TGD参数与接收机IFB参数的分离问题，例如论文《Variability of GPS Satellite Differential Group Delay Biases》(David S.Coco等，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System，1991年11月，第27卷第6期)、《Compass系统TGD与IFB分离解算方法》(吴晓莉等，第一届中国卫星导航学术年会论文集，2010年)、《基于三频数据的北斗卫星导航系统DCB参数精度评估方法》(樊家琛等，中国空间科学技术，2013年8月，第4期)。然而目前的TGD参数标定方法忽视了TGD参数的误差源及其对标定结果的影响。人们容易想到和解决伪码测量误差问题。实际上，由于卫星发射链路的色散效应，导航卫星天线在不同频率下的相位中心存在着一定的几何分离，这会影响TGD的标定精确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种导航卫星TGD参数的精确标定方法，能够消除导航卫星天线频间相位中心分离引入的TGD参数标定误差，提高用户接收机的定位与授时精度和电离层总电子含量(TEC)的测量精度。

一种导航卫星TGD参数的精确标定方法，包括如下步骤：

步骤1、测量待测导航卫星的频率为f₁和f₂的导航天线的相位中心在垂直方向的距离v，其中，垂直方向为导航卫星指向地心的方向；

步骤2、选定n个地面站，其中n不小于3；各地面站所在的经度线和纬度线围成TGD参数标定观测区，其中，在选定的TGD参数标定时间段内，待测导航卫星的星下点轨迹落于所述观测区内；

步骤3、确定导航信号频率为f₁和f₂的导航天线在各个地面站接收通道内的传输时延之差，标记为τ_r1-τ_r2，即实现地面站接收通道IFB的标定；

步骤4、在TGD参数标定时间段内，各个地面站天线分别持续跟踪待测导航卫星，分别通过地面站接收机获得多个观测时刻下导航信号频率为f₁和f₂的导航天线的伪码测距值ρ₁和ρ₂；

步骤5、基于任意一个地面站的任意观测时刻建立观测方程：

其中，c为光速，τ₁和τ₂分别为导航信号频率为f₁和f₂的导航天线的发射通道时延，s是以导航卫星对地面站天线仰角为变量的倾斜因子，c₁,…,c₆是电离层模型系数，φ是电离层穿刺点的地理纬度，λ_cr是电离层穿刺点的太阳时角；

先将同一个地面站在多个观测时刻对应的(1)式表示的观测方程形成方程组，求解τ₁-τ₂；

然后求得基于该地面站的TGD参数估计值：其中