[发明专利]位置间动力学约束的低轨卫星星载GNSS精密定轨方法及系统

说明书

本发明涉及一种位置间动力学约束的低轨卫星星载GNSS精密定轨方法及系统，包括获取GNSS精密星历、钟差文件、低轨卫星姿态数据和星载GNSS观测数据，得到低轨卫星轨道伪距解，计算低轨卫星位置间动力学约束，计算概略的低轨卫星先验轨道；对星载GNSS观测数据进行数据编辑，联合动力学约束建立定轨观测模型和随机模型，解算低轨卫星精密轨道，实现低轨卫星星载GNSS精密定轨。本发明采用轨道动力学模型的误差模型来考虑其误差对定轨影响，在保证定轨精度的同时不需要复杂高精度的卫星轨道动力学模型，不需要估计未知动力学参数或伪随机参数；轨道积分弧段短，计算效率相对较高；可处理不等采样间隔的GNSS观测数据，非常适合应用于低轨卫星精密定轨。

技术领域

本发明属于低轨卫星精密定轨技术领域，涉及一种基于位置间动力学约束的低轨卫星星载GNSS精密定轨方案。

背景技术

自1982年Topex/Poseidon(T/P)卫星成功实现低轨卫星星载GNSS(GlobalNavigation Satellite System全球导航卫星系统)精密定轨以来，低轨卫星星载GNSS精密定轨技术目前已经被广泛地应用于地球重力场探测、海洋测高、遥感测图、大地探测等研究领域，并发挥着重要作用。高精度的低轨卫星精密轨道是低轨卫星任务成功应用的前提和基础。目前星载GNSS低轨卫星精密定轨方法有：运动学方法、动力学方法、简化运动学方法和简化动力学方法。其中，运动学定轨通常与地面精密单点定位过程类似，仅采用星载GNSS观测值解算低轨卫星轨道，未引入卫星轨道动力学模型信息，其精度主要受到星载GNSS数据观测质量的影响；动力学定轨和简化动力学定轨，则基于牛顿运动方程，通过数值积分直接建立卫星轨道与动力学模型参数的关系，代入GNSS观测方程，解算低轨卫星精密轨道；简化运动学方法，采用粗略的(简化)动力学轨道解，对运动学定轨方程予以约束，进行精密定轨。对于低轨卫星而言，通常认为简化动力学定轨精度优于运动学定轨。

低轨卫星的轨道动力学模型主要包括保守力和非保守力两个部分。其中保守力可采用已有模型计算；但低轨卫星轨道高度较低，空间环境复杂，导致其非保守力建模异常困难。针对以上特点，研究人员对低轨卫星星载GNSS精密定轨方法，尤其是简化动力学方法进行了大量研究，提出了多种未知动力学参数或伪随机参数来吸收低轨卫星动力学模型误差的方法。但这些方法仍存在问题：

(1)轨道动力学信息精度要求高，模型复杂。一些方法除需要高精度保守力模型信息外，在估计低轨卫星轨道参数的同时，还需要估计未知动力学参数或伪随机参数。此外，经典的简化动力学的定轨方法常采用长弧段(24小时或30小时)的轨道积分，这进一步增加了对非保守力模型精度的要求，也在一定程度影响了经典的简化动力学方法实时定轨的效率。

(2)对星载GNSS观测数据要求高。一些方法尽管不需估计未知动力学参数或伪随机参数，轨道积分弧段也较短，但其要求等采样间隔的星载GNSS观测数据，这在实际星载GNSS数据观测中是难以保证的。其针对不等间隔的星载GNSS观测数据的处理还存在薄弱环节。

目前，基于星载GNSS数据实现低轨定轨的相关专利有如下几种：

1)一种基于星载GNSS多天线的卫星自主定轨方法CN103675861B公开(公告)日2015.07.08

该专利主要针对有多颗GNSS接收天线的卫星的伪距观测值，无法用于处理更高精度的星载GNSS载波相位观测值的定轨。

2)一种低轨卫星实时定轨方法CN 109991633A公开(公告)日2019.07.09

该专利主要针对基于星载GNSS数据的低轨卫星实时定轨，无法用于低轨卫星精密定轨。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种不需估计未知动力学参数或伪随机参数，且能精确有效处理不等间隔的星载GNSS观测数据的，低轨卫星星载GNSS精密定轨方案。