[发明专利]一种高轨卫星厘米级定轨系统与方法

说明书

本发明公开了一种高轨卫星厘米级精密定轨系统与方法，可以实现高轨卫星厘米级精密轨道确定，满足当前高轨卫星应用对厘米级高精度轨道的需求。从观测方程层面直接将低轨卫星观测方程和地面监测站观测方程进行融合，通过建立合理正确的函数关系，联合估计北斗/GNSS轨道参数、低轨卫星轨道参数和高轨卫星轨道参数，进而通过残差检验、迭代循环的方式得到北斗/GNSS卫星、低轨卫星、高轨卫星的最优估值，最后再通过轨道积分，得到北斗/GNSS卫星、低轨卫星、高轨卫星的厘米级精密轨道。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别涉及一种高轨卫星厘米级精密定轨系统与方法。

背景技术

近三十年来我国航天发展日新月异，各类人造卫星为我国国民经济发展、社会生产生活、国防安全建设等方面发挥了重大作用，也是我国迈向世界大国强国的重要标志。随着航天技术的不断发展与进步，卫星应用在各领域，如通信导航、遥感探测、气象研究、军事侦察、深空探测等方面的作用日益突出，成为各行业不可或缺的信息工具。人造卫星根据轨道高度，区分为低轨卫星、中轨卫星和高轨卫星。卫星的轨道精度作为各类卫星业务的“空间基准”，直接影响到卫星服务的连续性、可用性与应用水平，也在一定程度上决定了潜在用户和市场的开发与拓展潜力。

一般将轨道高度低于2000km的卫星称为低轨卫星，轨道高度介于2000km和35786km的为中轨卫星，而轨道高度大于35786km的为高轨卫星。当前低轨卫星大多应用于对地观测卫星、空间站、以及以“星链”为代表的下一代通信星座；中轨卫星一般应用于导航卫星星座，如我国的北斗系统、美国的GPS系统、欧盟的GALILEO系统等；而高轨卫星，由于其独特的高轨特性、静地特性，一颗卫星就几乎可以覆盖三分之一地球，越来越广泛的应用于通信、监测、气象、天文、深空探测等各个领域，具有中低轨不可替代的作用，成为地球空间段最重要的轨道资源。

相较于高轨卫星，当前大部分中低轨卫星均配备有星载GNSS接收机，借助于星载GNSS接收机的伪距和相位观测数据，可以实现中低轨卫星实时或事后厘米级精密定轨，满足其高精度轨道精度需求。对于高轨卫星定轨问题，传统定轨所采用的地面站跟踪方式，设施复杂，成本高，精度低，而且还受限于我国国土疆域限制，无法在国外区域布设跟踪站。如果采用类似与中低轨卫星搭载星载GNSS接收机的方式，由于高轨卫星运行轨道高于GNSS卫星轨道，而GNSS导航卫星信号发射方向是指向地心，会造成高轨卫星的星载GNSS接收机接收到的是从地球另一侧导航卫星发射的边缘信号，造成高轨卫星可见GNSS卫星数量过少和信噪比过低的问题，严重影响基于星载GNSS接收机的高轨卫星轨道确定精度，制约高轨卫星在通信、导航、遥感、侦察、科研等方面的应用潜力。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对高轨卫星对厘米级高精度轨道的需求，结合当前低轨卫星星座发展前景，充分利用高中低地多系统多层次观测数据，提出了一种适用于高轨卫星的厘米级精密定轨系统与方法，满足当前高轨卫星应用对厘米级高精度轨道的需求。

为实现上述目的，本发明公开了一种高轨卫星厘米级精密定轨系统与方法。

一种高轨卫星厘米级精密定轨系统，该定轨系统包括北斗/GNSS导航卫星、高轨卫星、低轨卫星星座、地面监测站、地面控制中心；

所述的北斗/GNSS导航卫星在星载原子钟的控制下生成下行导航信号，并向近地用户连续播发以提供定位测速授时服务，北斗/GNSS导航卫星包括中国北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧盟GALILEO系统中的至少一个；

所述的近地用户是指低轨卫星星座和地面监测站；

所述的高轨卫星配置了高稳原子钟，用于提供高精度的时频基准，高稳原子钟秒稳～百秒稳优于1e-12量级，万秒稳优于1e-14量级；高轨卫星还配置了导航信号生成单元，导航信号生成单元能够在高稳原子钟提供的时频基准控制下，生成下行导航信号，并将生成的下行导航信号向近地用户连续播发；