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导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法

杜玉军 王甫红 王泽民 刘万科

杜玉军, 王甫红, 王泽民, 刘万科. 导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(4): 534-539. doi: 10.13203/j.whugis20140506
引用本文: 杜玉军, 王甫红, 王泽民, 刘万科. 导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(4): 534-539. doi: 10.13203/j.whugis20140506

导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法

doi: 10.13203/j.whugis20140506
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41374035,41174029);国家海洋局极地专项“南北极环境综合考察与评估”资助项目
详细信息
    作者简介:

    杜玉军,博士生。主要从事卫星定轨与定位研究。

    通讯作者: 王甫红
  • 中图分类号: P208

  • 摘要: 目的 基于星间测距的导航卫星自主定轨不可避免地会出现星座旋转,导致轨道精度下降并对造成用户定位系统误差。对星座旋转现象的原因和影响进行了分析,指出轨道升交点赤经的系统偏差ΔΩ和地球定向参数EOP的预报误差是星座旋转的主要误差源,主要表现为星座绕地球自转轴(犣轴)的旋转。在此基础上,提出一种独立、实用的星座旋转的地面校正算法,利用区域地面站的伪距观测值估计并校正星座旋转误差。仿真结果表明,使用两个测站可以估计旋转误差的三个分量,较为完善地消除星座旋转误差,显著提高用户定位的精度;使用一个测站,仅考虑关于犣轴的旋转分量,也可以校正大部分旋转误差,但校正效果略差。
  • [1] AnandaMP,BernsteinH,CunninghamKE,etal.Global Positioning System(GPS)AutonomousNavigation[C].IEEEPositionLocationandNavi gationSymposium,LasVegas,NV,1990[2] RajanJ A.HighlightsofGPSII R AutonomousNavigation[C].ION58thAnnualMeeting/CIGTF21st Guidance Test Symposium,Albuquerque,NM,2002[3] Liu Wanke,GongXiaoying,LiZhenghang,etal.CombinedOrbitDeterminationofNavigationSatel lites with Cross link Ranging Observations andGroundTrackingObservations[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳 犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2010,35(7):811 815(刘万科,龚晓颖,李征航,等.综合星间和地面测距数据的导航卫星联合定轨[J].武汉大学学报·信息科学版,2010,35(7):811 815)[4] RajanJA,BrodieP,RawiczH.ModernizingGPSAutonomous Navigation with Anchor Capability[C].IONGPS/GNSS2003,Portland,OR,2003[5] LiZhenghang,GongXiaoying,Liu Wanke,etal.CorrectionofEarthOrientationParameterErrorin511武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版2015年4月AODofNavigationSatellite[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳犌犲狅犱犲狊狔犪狀犱犌犲狅犱狔狀犪犿犻犮狊,2012,32(6):71 75(李征航,龚晓颖,刘万科,等.导航卫星自主定轨中地球定向参数误差的修正[J].大地测量与地球动力学,2012,32(6):71 75)[6] LiZhenghang,Lu Zhenzhu,Liu Wanke,etal.MethodforEliminatingSystematicErrorΔΩandΔ狋inAutonomousOrbitDeterminationofNavigationSatellites[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2007,32(1):27 30(李征航,卢珍珠,刘万科,等.导航卫星自主定轨中系统误差ΔΩ和Δ狋的消除方法[J].武汉大学学报·信息科学版,2007,32(1):27 30)[7] Liu Lin,Liu Yingchun.Rank Deficiency AboutCrosslink Relative Measurementin AutonomousNavigation[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳 犛狆犪犮犲犮狉犪犳狋 犜犜牔犆犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,2000,29(3):13 16(刘林,刘迎春.关于星星相对测量自主定轨中的亏秩问题[J].飞行器测控学报,2000,29(3):13 16)[8] ChenJinping,JiaoWenhai,MaJun,etal.Autonavof Navigation Satellite Constellation Based onCrosslinkRangeand OrientationParametersCon straining[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2005,30(5):439 443(陈金平,焦文海,马骏,等.基于星间测距/轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨研究[J].武汉大学学报·信息科学版,2005,30(5):439 443)[9] McCarthyDD,PetitG.IERSConventions(2003)[OL].http://www.iers.org/ERS/EN/Publica tions/TechnicalNotes,2004[10]WolfgangRD,DanielaT.InternationalEarthRo tation and Reference Systems Service(IERS)[OL].http://www.iers.org/IERS/EN/Publica tions/AnnualReports,2014[11]WangFuhong,LiuWanke,LinXiaojing.Distribu tedAutonomousOrbitDeterminationofGlobalNav igationConstellationviaInter SatellitePseudo Ran ging Measurements[C].The2nd ChinaSatelliteNavigation Conference(CSNC2011),Shanghai,2011(王甫红,刘万科,林晓静.分布式导航卫星自主定轨滤波算法与模拟分析[C].第二届中国卫星导航学术年会(CSNC2011),上海,2011)犃犆狅狉狉犲犮狋犻狅狀犃犾犵狅狉犻狋犺犿狅犳犆狅狀狊狋犲犾犾犪狋犻狅狀犚狅狋犪狋犻狅狀犈狉狉狅狉犻狀犃狌狋狅狀狅犿狅狌狊犖犪狏犻犵犪狋犻狅狀犝狊犻狀犵犌狉狅狌狀犱犛狋犪狋犻狅狀狊犇犝犢狌犼狌狀1,2 犠犃犖犌犉狌犺狅狀犵1 犠犃犖犌犣犲犿犻狀2 犔犐犝犠犪狀犽犲11 SchoolofGeodesyandGeomatics,WuhanUniversity,Wuhan430079,China2 ChineseAntarcticCenterofSurveyingandMapping,WuhanUniversity,Wuhan430079,China犃犫狊狋狉犪犮狋:Constellationrotationwillinevitablyoccurwhennavigationsatellitesoperatedinautono mousnavigation(AutoNav)modeusinginter satelliterangingmeasurements.Itwillreduceephemer isaccuracyandcausesystematicerrorsinusers’positioning.Thispaperquantifiestheconstellationrotationerroranditseffects.Theanalysisindicatesthatthemajorsourcesofrotationerror,whichmainlycauseconstellationrotationabouttheearth’saxis(Z axis),arelongitudesofascendingnodesbias(ΔΩ)andearthorientationparameters(EOP)predictionerrors.Onthisbasis,thispaperpres entsacorrectionalgorithmforestimatingandeliminatingtherotationerrorbyusingpseudo rangemeasurementsfromregionalgroundstations.ItcanbeestablishedeasilyandindependentlyoftheAu toNavsystem.Simulationresultsshowthat:1)allthreecomponentsoftherotationcanbeestimatedandeliminatedbyusingtwostationsbaseonthisalgorithm,greatlyimprovingpositioningaccuracy;2)withonlyonesinglestationandconsideringonlytheZ axiscomponentoftherotation,thealgo rithmisstilleffectiveanderrorscanbecorrectedwithaslightlyreducedperformance.犓犲狔狑狅狉犱狊:NavigationSatellites;AutonomousNavigation;ConstellationRotation;CorrectionAlgo rithm犉犻狉狊狋犪狌狋犺狅狉:DUYujun,PhDcandidate,specializesinsatellitepositioningandorbitdetermination.E mail:yujun@whu.edu.cn犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉:WANGFuhong,PhD,associateprofessor.E mail:fhwang@sgg.whu.edu.cn犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀狊狌狆狆狅狉狋:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina,Nos.41374035,41174029;theChinesePolarEnvironmentCom prehensiveInvestigationandAssessmentProgramsofStateOceanicAdministration.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-09
  • 修回日期:  2015-04-05
  • 刊出日期:  2015-04-05

导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法

doi: 10.13203/j.whugis20140506
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(41374035,41174029);国家海洋局极地专项“南北极环境综合考察与评估”资助项目
    作者简介:

    杜玉军,博士生。主要从事卫星定轨与定位研究。

    通讯作者: 王甫红
  • 中图分类号: P208

摘要: 目的 基于星间测距的导航卫星自主定轨不可避免地会出现星座旋转,导致轨道精度下降并对造成用户定位系统误差。对星座旋转现象的原因和影响进行了分析,指出轨道升交点赤经的系统偏差ΔΩ和地球定向参数EOP的预报误差是星座旋转的主要误差源,主要表现为星座绕地球自转轴(犣轴)的旋转。在此基础上,提出一种独立、实用的星座旋转的地面校正算法,利用区域地面站的伪距观测值估计并校正星座旋转误差。仿真结果表明,使用两个测站可以估计旋转误差的三个分量,较为完善地消除星座旋转误差,显著提高用户定位的精度;使用一个测站,仅考虑关于犣轴的旋转分量,也可以校正大部分旋转误差,但校正效果略差。

English Abstract

杜玉军, 王甫红, 王泽民, 刘万科. 导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(4): 534-539. doi: 10.13203/j.whugis20140506
引用本文: 杜玉军, 王甫红, 王泽民, 刘万科. 导航卫星自主定轨星座旋转误差的地面校正算法[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(4): 534-539. doi: 10.13203/j.whugis20140506
参考文献 (1)

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