[发明专利]一种短弧段低轨导航卫星实时精密定轨方法

说明书

本发明公开了一种短弧段低轨导航卫星实时精密定轨方法，该方法利用四台或四台以上地面接收机同时跟踪若干颗GNSS(全球导航卫星系统)导航卫星和LEO(低轨)导航卫星的导航信号，并实时发送到数据中心，包括这些步骤：步骤一，观测数据的获取与数据预处理；步骤二，各个接收机间精密时间同步；步骤三，利用天顶方向对流层延迟和投影函数计算LEO视线方向的对流层延迟；步骤四，修正接收机硬件延迟，形成LEO定轨几何观测方程；步骤五，联合LEO的动力学模型和几何观测方程求解LEO精密轨道和精密钟差；步骤六，LEO精密轨道和精密钟差的实时分发。采用本发明的方法能够解决低轨卫星精密轨道无法实时计算、需事后处理计算的问题。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种短弧段低轨导航卫星实时精密定轨方法。

背景技术

低轨卫星和微小卫星以其低廉的发射和制造成本，获得了越来越多的青睐。低轨卫星在通信、遥感、资源管理以及空间基准维持等方面做出了巨大的贡献，其应用也从传统的对地观测扩展到导航领域，因而越来越多的低轨卫星发射计划被提上日程。著名的铱星计划通过66颗低轨卫星完成了基于低轨卫星的全球卫星通信系统的组网，并于2016年宣布其卫星授时和位置服务(STL)的计划，宣告导航卫星进入了低轨卫星时代。国内方面，武汉大学正在研制的低轨卫星珞珈一号搭载了天基导航载荷，也开始了低轨导航卫星的探索性研究。

实时获取精确的卫星轨道是实现精密卫星导航定位的关键技术。目前低轨卫星轨道确定方法主要包括三种：地面监测站定轨、星上自主定轨和事后精密定轨。目前GNSS系统，包括GPS，GLONASS，BDS等都使用少数的地面跟踪站实现轨道全弧段观测，然后计算和预报卫星轨道，上注到导航卫星。该方法对中高轨卫星较理想，但是低轨卫星轨道低，地面可见区域小，要实现全弧段跟踪通常需要全球均匀分布的数十个甚至上百个跟踪站，受地理条件限制，难以实现。星上自主定轨是依靠星上的GNSS接收机或惯性测量单元进行轨道确定，其中基于GNSS观测值的星上自主定轨方法能够提供实时，自主连续的LEO轨道，因而应用最广泛。然而受GNSS导航卫星广播星历的轨道误差和钟差的影响，基于GNSS观测值的LEO星上自主定轨通常只能获得数米量级的定轨精度。事后精密定轨是利用低轨卫星下传的星载GNSS观测数据和精密的GNSS轨道和钟差信息在地面求解LEO的精密轨道，也可以加入地面激光测卫(SLR)的数据联合解算。后处理LEO精密定轨精度可达2-5cm，但是由于星上观测数据下传窗口有限，难以做到实时下传。另外后处理通常使用批处理最小二乘方式确定轨道，该算法精度较高，但仅适用于后处理或近实时处理。鉴于以上原因，后处理LEO精密定轨无法满足实时定轨需求。

综上所述，现有的低轨卫星定轨方法无法提供实时的高精度LEO轨道信息，无法满足低轨卫星导航实时获取高精度轨道的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，为了提供实时的低轨导航卫星的精密轨道和时钟信息，用以支持低轨导航卫星的精密定位应用，本发明公开了一种短弧段低轨导航卫星实时精密定轨方法。

一种短弧段低轨导航卫星实时精密定轨方法，该方法利用四台或四台以上地面接收机同时跟踪若干颗GNSS(全球导航卫星系统)导航卫星和LEO(低轨)导航卫星的导航信号，并实时发送到数据中心，包括以下步骤：

步骤一，观测数据的获取与数据预处理；

步骤二，各个接收机间精密时间同步；

步骤三，利用天顶方向对流层延迟和投影函数计算LEO视线方向的对流层延迟；

步骤四，修正接收机硬件延迟，形成LEO定轨几何观测方程；

步骤五，联合LEO的动力学模型和几何观测方程求解LEO精密轨道和精密钟差；

步骤六，LEO精密轨道和精密钟差的实时分发。