[发明专利]一种附加钟差模型约束的GNSS机动卫星定轨方法

说明书

本发明公开了一种附加钟差模型约束的GNSS机动卫星定轨方法，包括：1)获取测站观测数据；2)剔除机动后观测数据，对机动前和机动期间的弧段进行动力精密定轨解算；3)提取机动前卫星钟差、模糊度、机动期间接收机钟差、ZTD、系统间偏差参数估值；4)基于机动前卫星钟差估值建立钟差预报模型；5)固定接收机钟差、未发生周跳的模糊度、ZTD、ISB参数，附加钟差预报模型约束，对机动期间卫星轨道采用反向动态精密单点定位方法进行定轨解算；6)当前历元迭代求解机动卫星的位置参数，直至收敛，进行下一历元解算。本发明通过引入卫星钟差预报模型约束，能大幅削弱卫星轨道径向与卫星钟差的相关性，有效提高机动卫星的轨道径向定轨精度。

技术领域

本发明属于全球导航卫星系统(GNSS)领域，具体涉及提升卫星机动期间定轨精度的技术。

背景技术

GNSS卫星的精密轨道是利用卫星进行导航定位应用等的先决条件。卫星在轨运行过程中由于受到摄动力的影响，会逐渐偏离其既定轨道，当偏离超过预设范围时需要对卫星施加机动推力使得卫星回到预设轨道。我国北斗二号卫星导航系统采用GEO/IGSO/MEO的混合星座布设模式，GEO卫星由于其静地特性，需要进行频繁的轨道机动以维持在空间的固定位置，其机动频率通常为每三到五周一次，北斗IGSO卫星每半年也会进行一次机动调整，另外北斗系统和GPS系统的MEO卫星机动频率为每年一次。针对机动期间GNSS卫星的精密定轨，主要有两种方法：一种是在动力学定轨中对机动力建模的动力学模型误差补偿法，这种方法的优点是可以获得机动前后连续的卫星轨道，缺点是机动力通常难以精确模型化，获得的机动期间卫星轨道精度一般在几十米量级，且机动前后作为一个连续的处理弧段将导致正常弧段的轨道精度因机动力模型误差影响而降低；另一种方法是机动期间采用运动学定轨方法，这种方法优点是机动期间卫星轨道仅由观测信息确定，不受机动力误差的影响，但是该方法精度受限于对卫星的几何观测条件，由于GNSS卫星为中高轨卫星，地面测站对卫星观测的几何构型较差，尤其是卫星径向和钟差存在较强的相关性，定轨精度难以满足导航定位的需求。

由上述分析，目前常用的GNSS卫星机动期间定轨方法难以获得较高精度的卫星轨道，使得机动卫星数据无法用于定位服务，特别是对于我国北斗卫星导航系统，GEO卫星频繁的轨道机动将严重影响系统服务的可用性。本发明提出了一种新的GNSS卫星机动期间定轨方法，将有效提高卫星机动期间定轨精度，并有助于机动后精密轨道的快速恢复。

发明内容

针对背景技术中存在的不足，考虑到全球导航卫星系统卫星都配备了日稳定性优于10^-12的原子钟，并且卫星钟差不受轨道机动的影响，本发明提出了一种附加卫星钟差模型约束的机动卫星精密定轨方法，具体步骤描述如下：

步骤1，获取包含机动卫星观测数据的IGS/MGEX及其他观测网的全球分布的GNSS测站观测数据；

步骤2，对机动前和机动期间的弧段进行常规的多星融合动力学批处理精密定轨，在定轨计算时根据卫星的轨道机动时间，去掉该卫星轨道机动开始后的观测数据，使动力学定轨的参数估值不受该卫星轨道机动的影响，即机动期间接收机钟差、对流层延迟(ZTD)、系统间偏差(ISB)参数由其他非机动卫星的观测量确定；

步骤3，提取步骤2中估计的机动期间接收机钟差、ZTD、ISB参数及机动前的模糊度参数；

步骤4，基于机动前机动卫星的卫星钟差估值拟合钟差预报模型参数，预报生成机动期间该卫星钟差；

步骤5，将步骤4得到的机动期间t_i时刻卫星钟差预报值形成虚拟观测方程，并根据卫星钟差的预报精度函数确定虚拟观测方程的权；

步骤6，将机动期间的接收机钟差、ZTD、ISB和未发生跳变的模糊度参数固定为步骤3中提取的相应估计值，对步骤5的预报钟差虚拟观测方程进行加权，采用反向动态精密单点定位方法估计卫星位置、卫星钟差及发生跳变的模糊度，对卫星位置初值进行迭代计算与更新，直至收敛，即完成机动期间卫星精密轨道确定。