GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

王甫红; 徐其超; 龚学文; 张蔚

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GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

王甫红, 徐其超, 龚学文, 张蔚

文章导航 > 武汉大学学报 ● 信息科学版 > 2014 > 39(1): 47-51

王甫红, 徐其超, 龚学文, 张蔚. GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(1): 47-51.

引用本文:

王甫红, 徐其超, 龚学文, 张蔚. GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(1): 47-51.

WANG Fuhong, XU Qichao, GONG Xuewen, ZHANG Wei. Application of a Gravity Acceleration Approximation Function in the PreciseReal-Time Orbit Determination Using Space-borne GPS Measurements[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(1): 47-51.

Citation:

WANG Fuhong, XU Qichao, GONG Xuewen, ZHANG Wei. Application of a Gravity Acceleration Approximation Function in the PreciseReal-Time Orbit Determination Using Space-borne GPS Measurements[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(1): 47-51.

GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

¹ 武汉大学测绘学院,湖北武汉,430079;² 航天恒星科技有限公司,北京,100086

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41374035)

详细信息

作者简介:
王甫红,博士,副教授。主要从事卫星导航定位和卫星定轨方法的教学和研究工作。

中图分类号: P228.42

Application of a Gravity Acceleration Approximation Function in the PreciseReal-Time Orbit Determination Using Space-borne GPS Measurements

¹School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China;²Space Star Technology Company Limited,Beijing 100086,China

Funds: 国家自然科学基金资助项目(41374035)

摘要: 为确保高精度星载GPS实时定轨算法能够应用于较低轨道卫星,提出了用地球引力近似函数法(GAAF)代替传统球谐函数递推法来计算地球引力加速度,在不降低实时定轨精度的同时,大幅减小高阶次重力场模型的轨道积分计算负荷,以满足计算能力有限的星载处理器的在轨处理要求。分析了影响GAAF计算精度的两个因素:伪中心位置拟合多项式的次数选取和经纬度格网大小的最优确定。用CHAMP卫星的实测GPS数据模拟实时定轨试验,结果表明,采用二次及以上伪中心拟合多项式,格网纬度小于0.75°、经度小于1.5°的GAAF时,实时定轨的轨道精度要优于70×７０阶次重力场模型直接参与实时定轨,且大幅降低实时定轨的计算负荷。
- 地球引力近似函数法 /
- 伪中心 /
- 实时定轨 /
- 星载GPS /
- 计算负荷
Abstract: In order to minimize the computational burden of the onboard precise real-time orbit deter-mination system,a Gravity Acceleration Approximation Function(GAAF)is introduced to computethe gravitational acceleration replacing the traditional spherical harmonic representation of the gravityfield.The appropriate order of the polynomial to fit a set of pseudo-centers on various heights at afixed location is discussed in detail,as well as the optimal geographic grid size.Then,GAAF is em-bedded in the SATODS software for real-time orbit determination using space-borne GPS measure-ments.A simulation test of real-time orbit determination was carried out using space-borne GPS dualfrequency pseudo-range data from the CHAMP satellite.Results show that the GAAF can improveorbital accuracy with quadratic polynomial fitting and a global grid where the latitude increment is nomore than 0.75degrees and the longitude increment is less than 1.5degrees,as compared with thetraditional recursive method using a 70× 70gravity field model. The proposed method reduces the computational load of orbit determination significantly.
- gravity acceleration approximation function /
- pseudo-center /
- real-time orbit determination /
- space-borne GPS /
- computational load

[1]	张万威, 王甫红, 龚学文, 郭磊. 一种顾及IGS-RTS数据接收中断的厘米级星载GPS实时定轨方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(11): 1620-1626. doi: 10.13203/j.whugis20200432
[2]	王甫红, 凌三力, 龚学文, 郭磊. 风云三号C卫星星载GPS/BDS分米级实时定轨模型研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(1): 1-6. doi: 10.13203/j.whugis20180385
[3]	龚学文, 王甫红. 一种适用于星载GPS自主定轨的地球引力近似计算改进方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(3): 371-377. doi: 10.13203/j.whugis20160498
[4]	龚学文, 王甫红. 星载GPS伪距多路径误差与观测噪声对自主定轨的影响分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(7): 1048-1055. doi: 10.13203/j.whugis20160223
[5]	龚学文, 王甫红. 海洋二号A与资源三号卫星星载GPS自主轨道确定 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2017, 42(3): 309-313. doi: 10.13203/j.whugis20140892
[6]	王甫红, 龚学文, 刘万科. 顾及广播星历误差分离吸收的分米级星载gps实时定轨新方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(9): 1230-1236. doi: 10.13203/j .whu g is20130682
[7]	秦建, 郭金运, 孔巧丽, 李国伟. Jason-2卫星星载GPS数据cm级精密定轨 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(2): 137-141. doi: 10.13203/j.whugis20120686
[8]	刘俊宏, 谷德峰, 赖育网, 易东云. DORIS实时定轨中的频偏估计方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(8): 956-959.
[9]	耿涛, 赵齐乐, 刘经南, 李国鹏. 具有先验信息的区域增强系统卫星轨道确定方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(4): 491-494.
[10]	王甫红. 高精度星载GPS实时定轨卡尔曼滤波模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(6): 653-656.
[11]	赵齐乐, 郭靖, 柳响林, 施闯. 利用星载GPS历元差分计算的平均加速度反演地球重力场 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(10): 1168-1171.
[12]	秦显平, 杨元喜. LEO星载GPS双向滤波定轨研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(2): 231-235.
[13]	楼益栋, 施闯, 葛茂荣, 赵齐乐. GPS卫星实时精密定轨及初步结果分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(8): 815-817.
[14]	赵齐乐, 施闯, 柳响林, 葛茂荣. 重力卫星的星载GPS精密定轨 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(8): 810-814.
[15]	郭金运, 黄金维, 胡建国, 李建成. 由CHAMP星载GPS相位双差数据解算地球引力场模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(1): 11-14.
[16]	韩保民. 精密卫星钟差加密方法及其对星载GPS低轨卫星定轨精度影响 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(12): 1075-1078.
[17]	韩保民, 欧吉坤, 曲国庆. 一种新的综合Kalman滤波及其在星载GPS低轨卫星定轨中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2005, 30(6): 493-496.
[18]	李英冰, 黄勇, 郭俊义, 徐绍铨. 大气引力负荷格林函数 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2003, 28(4): 435-439.
[19]	李德仁, 王树根. CCD推扫成像方式下星载GPS对地定位的模拟试验研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1994, 19(1): 15-21.
[20]	李朵朵, 周旭华, 李凯, 徐可馨, 陶恩哲. HY2B星载GPS精密定轨研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 0, 0(0): 0-0. doi: 10.13203/j.whugis20210303

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GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

¹ 武汉大学测绘学院,湖北武汉,430079;² 航天恒星科技有限公司,北京,100086

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41374035)

作者简介:
王甫红,博士,副教授。主要从事卫星导航定位和卫星定轨方法的教学和研究工作。

收稿日期: 2013-10-15
修回日期: 2014-01-05
刊出日期: 2014-01-05

中图分类号: P228.42

关键词:

地球引力近似函数法 /

伪中心 /

实时定轨 /

星载GPS /

计算负荷

摘要: 为确保高精度星载GPS实时定轨算法能够应用于较低轨道卫星,提出了用地球引力近似函数法(GAAF)代替传统球谐函数递推法来计算地球引力加速度,在不降低实时定轨精度的同时,大幅减小高阶次重力场模型的轨道积分计算负荷,以满足计算能力有限的星载处理器的在轨处理要求。分析了影响GAAF计算精度的两个因素:伪中心位置拟合多项式的次数选取和经纬度格网大小的最优确定。用CHAMP卫星的实测GPS数据模拟实时定轨试验,结果表明,采用二次及以上伪中心拟合多项式,格网纬度小于0.75°、经度小于1.5°的GAAF时,实时定轨的轨道精度要优于70×７０阶次重力场模型直接参与实时定轨,且大幅降低实时定轨的计算负荷。

English Abstract

Application of a Gravity Acceleration Approximation Function in the PreciseReal-Time Orbit Determination Using Space-borne GPS Measurements

¹School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China;²Space Star Technology Company Limited,Beijing 100086,China

Funds: 国家自然科学基金资助项目(41374035)

Received Date: 2013-10-15
Rev Recd Date: 2014-01-05
Publish Date: 2014-01-05

Keywords:

gravity acceleration approximation function /
pseudo-center /
real-time orbit determination /
space-borne GPS /
computational load

Abstract: In order to minimize the computational burden of the onboard precise real-time orbit deter-mination system,a Gravity Acceleration Approximation Function(GAAF)is introduced to computethe gravitational acceleration replacing the traditional spherical harmonic representation of the gravityfield.The appropriate order of the polynomial to fit a set of pseudo-centers on various heights at afixed location is discussed in detail,as well as the optimal geographic grid size.Then,GAAF is em-bedded in the SATODS software for real-time orbit determination using space-borne GPS measure-ments.A simulation test of real-time orbit determination was carried out using space-borne GPS dualfrequency pseudo-range data from the CHAMP satellite.Results show that the GAAF can improveorbital accuracy with quadratic polynomial fitting and a global grid where the latitude increment is nomore than 0.75degrees and the longitude increment is less than 1.5degrees,as compared with thetraditional recursive method using a 70× 70gravity field model. The proposed method reduces the computational load of orbit determination significantly.

王甫红, 徐其超, 龚学文, 张蔚. GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(1): 47-51.

引用本文:

王甫红, 徐其超, 龚学文, 张蔚. GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(1): 47-51.

Citation:

WANG Fuhong, XU Qichao, GONG Xuewen, ZHANG Wei. Application of a Gravity Acceleration Approximation Function in the PreciseReal-Time Orbit Determination Using Space-borne GPS Measurements[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(1): 47-51.