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北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析

李冉 胡小工 唐成盼 周善石 潘军洋 刘利 李晓杰

李冉, 胡小工, 唐成盼, 周善石, 潘军洋, 刘利, 李晓杰. 北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
引用本文: 李冉, 胡小工, 唐成盼, 周善石, 潘军洋, 刘利, 李晓杰. 北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
LI Ran, HU Xiaogong, TANG Chengpan, ZHOU Shanshi, PAN Junyang, LIU Li, LI Xiaojie. Modeling and Precision Analysis of Solar Radiation Pressure for BDS Hybrid Constellation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
Citation: LI Ran, HU Xiaogong, TANG Chengpan, ZHOU Shanshi, PAN Junyang, LIU Li, LI Xiaojie. Modeling and Precision Analysis of Solar Radiation Pressure for BDS Hybrid Constellation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380

北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析

doi: 10.13203/j.whugis20160380
基金项目: 

国家重点研发计划 2016YFB0501900

国家自然科学基金 41574029

中国科学院青-创新促进会 2016242

详细信息
    作者简介:

    李冉, 博士生, 主要从事卫星导航及其应用研究。liran@shao.ac.cn

  • 中图分类号: P228

Modeling and Precision Analysis of Solar Radiation Pressure for BDS Hybrid Constellation

Funds: 

The National Key Research and Development Program of China 2016YFB0501900

the National Natural Science Foundation of China 41574029

the Youth Innovation Promotion Association, Chinese Academy of Sciences 2016242

More Information
    Author Bio:

    LI Ran, PhD candidate, specializes in satellite navigation and its applications. E-mail:liran@shao.ac.cn

  • 摘要: 卫星帆板及本体受照情况变化复杂,导致卫星光压摄动力的变化难以准确模制,既是动力学定轨的最大误差源,也是定轨预报精度降低的主要原因。针对此问题,采用北斗地面系统的区域监测网数据,详细比较了3种主要的经验模型(T20模型、ECOM5参数模型、ECOM9参数模型)对不同卫星的适用性情况。结果显示,在春秋分前后,地球同步轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)卫星使用ECOM9参数模型最好,其解算的卫星钟差与星地双向钟差的互差标准差优于2 ns;对于倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO)卫星和中地球轨道(medium earth orbit,MEO)卫星,无论是在动偏期间还是姿态模式转换期间,T20模型表现出更好的适用性。不同于此前国内外学者的相关研究,试验表明,对BDS混合星座的不同类型卫星、同一卫星的不同时段,应采用不同的经验太阳光压模型,以获得更高的定轨和预报精度。
  • 图  1  春分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

    Figure  1.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT at Spring Equinox Period

    图  2  秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

    Figure  2.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT at Autumn Equinox Period

    图  3  非春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

    Figure  3.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Non-equinox Period

    图  4  IGSO/MEO卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

    Figure  4.  STD of the Difference Between IGSO/MEO Satellite Clock Offset and TWSTFT

    图  5  姿态转换期间卫星定轨结果与MGEX轨道之差

    Figure  5.  The Difference Between Solved Orbit and MGEX Orbit During the Period of Satellite Attitude Switch

    图  6  动偏状态下卫星定轨结果与MGEX轨道之差

    Figure  6.  The Difference Between Solved Orbit and MGEX Orbit in Orbit-Normal Mode

    表  1  3种太阳光压模型

    Table  1.   Three Solar Radiation Pressure Models

    模型坐标系待估参数
    T20模型基于卫星本体的XYZ坐标系XZ分量上的尺度因子、Y-bias参数、轨道法向和沿迹方向的经验力参数(cosT、cosN)
    ECOM5
    参数模型
    基于地心的DYB坐标系3轴方向常数项(D0Y0B0)和B轴方向周期项(BCuBSu)
    ECOM9
    参数模型
    基于地心的DYB坐标系3轴方向常数项(D0Y0B0)和周期项(DCuDSuYCuYSuBCuBSu)
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    表  2  春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

    Table  2.   STD Statistics of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Equinox Period/ns

    时间模型C01C02C03C04C05平均值
    ECOM91.751.851.721.692.101.82
    春分ECOM52.482.422.082.892.702.51
    T203.112.792.802.713.322.94
    ECOM91.861.391.38-1.681.58
    秋分ECOM53.132.312.41-2.542.60
    T203.222.092.71-2.342.59
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    表  3  非春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

    Table  3.   STD Statistics of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Non-equinox Period/ns

    模型C01C02C03C04C05平均值
    ECOM91.551.971.981.622.281.88
    ECOM51.311.431.601.331.521.44
    T201.651.401.571.451.441.50
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    表  4  IGSO/MEO卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

    Table  4.   STD Statistics of the Difference Between IGSO/MEO Satellite Clock Offset and TWSTFT/ns

    模型C08C11C12平均值
    T200.861.181.351.13
    ECOM51.591.331.531.50
    ECOM91.591.641.861.70
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-09
  • 刊出日期:  2018-07-05

北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析

doi: 10.13203/j.whugis20160380
    基金项目:

    国家重点研发计划 2016YFB0501900

    国家自然科学基金 41574029

    中国科学院青-创新促进会 2016242

    作者简介:

    李冉, 博士生, 主要从事卫星导航及其应用研究。liran@shao.ac.cn

  • 中图分类号: P228

摘要: 卫星帆板及本体受照情况变化复杂,导致卫星光压摄动力的变化难以准确模制,既是动力学定轨的最大误差源,也是定轨预报精度降低的主要原因。针对此问题,采用北斗地面系统的区域监测网数据,详细比较了3种主要的经验模型(T20模型、ECOM5参数模型、ECOM9参数模型)对不同卫星的适用性情况。结果显示,在春秋分前后,地球同步轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)卫星使用ECOM9参数模型最好,其解算的卫星钟差与星地双向钟差的互差标准差优于2 ns;对于倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO)卫星和中地球轨道(medium earth orbit,MEO)卫星,无论是在动偏期间还是姿态模式转换期间,T20模型表现出更好的适用性。不同于此前国内外学者的相关研究,试验表明,对BDS混合星座的不同类型卫星、同一卫星的不同时段,应采用不同的经验太阳光压模型,以获得更高的定轨和预报精度。

English Abstract

李冉, 胡小工, 唐成盼, 周善石, 潘军洋, 刘利, 李晓杰. 北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
引用本文: 李冉, 胡小工, 唐成盼, 周善石, 潘军洋, 刘利, 李晓杰. 北斗卫星导航系统混合星座的光压摄动建模和精度分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
LI Ran, HU Xiaogong, TANG Chengpan, ZHOU Shanshi, PAN Junyang, LIU Li, LI Xiaojie. Modeling and Precision Analysis of Solar Radiation Pressure for BDS Hybrid Constellation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
Citation: LI Ran, HU Xiaogong, TANG Chengpan, ZHOU Shanshi, PAN Junyang, LIU Li, LI Xiaojie. Modeling and Precision Analysis of Solar Radiation Pressure for BDS Hybrid Constellation[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2018, 43(7): 1063-1070. doi: 10.13203/j.whugis20160380
  • 北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的空间段由3种不同的轨道卫星类型构成,且都属于中高轨道卫星。在中高轨道卫星所受的各种摄动力中,太阳光压摄动力是仅次于地球非球形引力和第三体引力的第三大摄动源。目前,地球非球形引力和第三体引力模型已比较完善,但太阳光压摄动力与卫星受到的照射面积、照射面的反射和吸收特性等因素有关,难以精确模制,成为影响北斗卫星精密定轨与轨道预报精度的主要误差源[1]

    虽然国内外学者对BDS太阳光压模型的研究不断深入,但由于北斗卫星太阳光压模型的精化条件并不充分,因此在BDS地面系统的卫星定轨业务中主要借鉴GPS卫星太阳光压模型,轨道预报后形成对用户服务的导航电文。考虑到BDS与GPS在卫星平台上存在重大差异,因此有必要研究GPS太阳光压模型在北斗卫星系统中的应用效果。相比于其他卫星导航系统,BDS具有众多独特的设计。例如,对于地球同步轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)卫星采取零偏航控制模式(简称零偏),而对于倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO)卫星和中地球轨道(medium earth orbit,MEO)卫星, 则采取动态偏航控制模式(简称动偏)为主、零偏模式为辅的设计。文献[2]指出,在正常情况下,GEO卫星用户等效距离误差(user equalvent ranging error, UERE)优于1.5 m,但春秋分前后卫星定轨精度下降,C03卫星UERE达到了7 m。对于MEO和IGSO卫星,文献[3]利用分布在全球的多模GNSS实验(multi-GNSS experiment, MGEX)跟踪网数据和北斗观测实验网数据对北斗卫星进行轨道确定。结果显示,在动偏期间,IGSO和MEO卫星的三维重叠轨道差异分别优于20 cm和14 cm;而在零偏期间,IGSO和MEO卫星的三维重叠轨道差异分别为30 cm和20 cm,表明北斗IGSO和MEO卫星在姿态转换期间,轨道精度大幅度降低。

    由于各种原因,中国北斗卫星定轨监测站无法做到全球布设,因而本文主要利用区域监测网测轨数据, 在没有精确的北斗太阳光压经验模型的前提下,研究对已有的太阳光压经验模型进行优化和完善。目前,常用的导航卫星光压模型主要包括3种类型, 即ECOM5参数模型、ECOM9参数模型、T20模型。现有研究中均采用同一类模型来描述BDS混合星座(GEO/IGSO/MEO卫星)的太阳光压,如文献[4-5]采用了T20模型,文献[6]采用了ECOM5参数模型,文献[7]采用了ECOM9参数模型。本文定量评估不同太阳光压模型对北斗卫星的适用性,对该问题的研究可为提升BDS的服务性能提供参考。

    • 常用的导航卫星光压模型及其需解算的动力学参数如表 1所示。

      表 1  3种太阳光压模型

      Table 1.  Three Solar Radiation Pressure Models

      模型坐标系待估参数
      T20模型基于卫星本体的XYZ坐标系XZ分量上的尺度因子、Y-bias参数、轨道法向和沿迹方向的经验力参数(cosT、cosN)
      ECOM5
      参数模型
      基于地心的DYB坐标系3轴方向常数项(D0Y0B0)和B轴方向周期项(BCuBSu)
      ECOM9
      参数模型
      基于地心的DYB坐标系3轴方向常数项(D0Y0B0)和周期项(DCuDSuYCuYSuBCuBSu)

      对于T20模型,本文在利用太阳光压模型模制光压摄动的基础上,采用估计经验力参数来吸收残余误差,但参数选择尽量不增加待估参数的相关性。有研究表明,轨道切向的余弦周期函数与正弦周期函数之间是强相关的,轨道法向的余弦周期函数与正弦周期函数之间也是强相关的[5]。因此在T20模型基础上,需要估计XZ分量上的尺度因子及Y-bias参数,还需估计轨道法向和切向的经验力参数(cosT、cosN)。

    • 对于GEO卫星,采用零偏模式,令偏航角为0,即在卫星本体坐标系中,Z轴指向地心,Y轴正交于卫星位置-速度平面,X轴正交于Y/Z轴。在此状态下,GEO卫星太阳帆板的法向和太阳方向的夹角等于太阳方向与赤道面的夹角;而在春秋分前后,GEO卫星位于赤道附近,并且频繁地进入地影,将会影响光压模型中参数的解算。

      对于IGSO和MEO卫星,采用动偏模式为主、零偏模式为辅的姿态控制模式。文献[8]通过分析北斗IGSO和MEO卫星的偏航姿态, 得出当轨道角为90°且太阳与轨道面夹角的绝对值≤4°时,北斗IGSO和MEO卫星的偏航姿态从动偏转为零偏; 相应地, 从零偏转为动偏的条件为轨道角为90°且太阳与轨道面夹角的绝对值≥4°,本文试验便利用该条件计算卫星发生姿态转换的时间段。采用这种动零偏转换的姿态控制模式会造成卫星所受太阳光压发生变化。关于BDS姿态控制模式更详细的描述参见文献[2, 8]。

      基于以上情况,分析春秋分时期的GEO卫星和姿态模式转换期间的IGSO/MEO卫星在不同太阳光压模型下的定轨效果,可以为提升北斗卫星的定轨精度提供有益的参考。

    • 本文利用中国区域监测网6个测站(分布在北京、海南、四川、黑龙江、广东、新疆)的北斗观测数据,采用多星定轨方法[9-10],解算卫星轨道、卫星与监测站钟差、监测站大气天顶延迟、动力学参数及模糊度参数。

      定轨采用的模型和参数如下:观测量采用B1、B3频点无电离层组合伪距和相位非差观测量;定轨弧段为3 d,采样间隔为60 s;截止高度角5°;跟踪站坐标固定;测站潮汐改正考虑地球固体潮、固体极潮、海洋极潮、测站海潮;对流层采用Saastamoinen模型和GMF映射函数估计湿延迟参数;在定轨解算过程中,考虑的摄动力模型包括JPL DE403太阳、行星摄动,EIGEN-GRACE02S 10×10阶重力场模型,IERS-Conventions 2000地球固体潮、海潮、地球极潮。

      文献[5]表明, 利用中国区域跟踪网定轨时,高轨卫星的轨道误差在各个观测站方向上的投影基本一致,导致多星定轨生成的卫星钟差与卫星轨道视向误差具有强相关性。因此,可以通过评价卫星钟差误差的方式来反映轨道的视向误差。

      与GPS系统不同,BDS采用独立的无线电双向卫星时间频率传递(two-way satellite time and frequency transfer, TWSTFT)机制,通过星地无线电双向观测,可以获得高精度的卫星钟差。星地双向钟差[11-13]可以评价或检核其他方法获取的钟差精度,而且不同于常用的轨道外符合评测手段(如激光测距),中国北斗卫星独有的时间同步机制可以实现对卫星轨道精度的实时精确监测。

      在北斗地面系统的区域网定轨中,因为测站的分布区域有限,估计的卫星钟差中包含了与轨道误差相关的残余偏差,且具有明显的周期特性。除了这部分周期性误差之外,钟差中还包含了系统性偏差,主要是卫星和接收机的时延标定值误差。因此,利用星地双向钟差与多星定轨得到的钟差作差,可以消除系统性偏差,统计差值的标准差得到钟差互差标准差,它反映了精密轨道在轨道视向的误差变化,可以作为评价不同光压模型定轨精度的指标。

    • 在春秋分期间,GEO卫星位于赤道附近,卫星频繁地进入地影,造成卫星定轨结果不稳定,因此本文将分析春秋分期间GEO卫星不同光压模型的定轨效果。试验选取2015年春分期间(年积日第76~86天)及2016年秋分期间(年积日第260~270天)的伪距相位观测数据,分别使用T20、ECOM5参数、ECOM9参数太阳光压模型对北斗GEO卫星(C01、C02、C03、C04、C05)进行精密轨道确定,结果如图 1图 2所示。其中,C04卫星在2016年秋分期间处于机动状态, 所以没有对C04卫星在该时段进行比较。从图 1图 2可以看到, ECOM9参数模型在春秋分期间最为稳定,并且定轨精度没有出现较大起伏。

      图  1  春分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

      Figure 1.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT at Spring Equinox Period

      图  2  秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

      Figure 2.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT at Autumn Equinox Period

      表 2统计了GEO卫星在春秋分时期,卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差(standard deviation, STD)。从表 2可以看出,在春秋分期间,使用ECOM9参数太阳光压模型的定轨效果最好。在春分期间,卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差平均为1.82 ns,与ECOM5参数模型和T20模型相比,分别减小了0.69 ns和1.12 ns;在秋分期间,卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差平均为1.58 ns,与ECOM5参数模型和T20模型相比,分别减小了1.02 ns和1.01 ns。因此,在春秋分期间,对于GEO卫星推荐采用ECOM9参数模型。

      表 2  春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

      Table 2.  STD Statistics of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Equinox Period/ns

      时间模型C01C02C03C04C05平均值
      ECOM91.751.851.721.692.101.82
      春分ECOM52.482.422.082.892.702.51
      T203.112.792.802.713.322.94
      ECOM91.861.391.38-1.681.58
      秋分ECOM53.132.312.41-2.542.60
      T203.222.092.71-2.342.59
    • 试验选取2015年第340~363天的观测数据,分别使用T20、ECOM5参数、ECOM9参数太阳光压模型对北斗GEO卫星进行精密轨道确定,利用卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差作为评价不同光压模型定轨效果的指标。

      图 3可以看到,在非春秋分期间,T20模型和ECOM5参数模型的定轨结果优于ECOM9参数模型。

      图  3  非春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

      Figure 3.  STD of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Non-equinox Period

      表 3统计了5颗GEO卫星在2015年第340~363天的卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差情况。结果显示,在非春秋分期间使用3种模型的互差标准差均在2 ns内,ECOM5参数模型和T20模型的定轨效果相当,且均优于ECOM9参数模型。

      表 3  非春秋分期间卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

      Table 3.  STD Statistics of the Difference Between Satellite Clock Offset and TWSTFT During the Non-equinox Period/ns

      模型C01C02C03C04C05平均值
      ECOM91.551.971.981.622.281.88
      ECOM51.311.431.601.331.521.44
      T201.651.401.571.451.441.50
    • 选取2015年第340~363天的观测数据,在此期间IGSO/MEO卫星(C08、C11、C12)进入零偏状态,分析3种光压模型的定轨情况。图 4为利用3种不同光压模型得到的卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差,以此来反映不同光压模型的定轨效果。

      图  4  IGSO/MEO卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差

      Figure 4.  STD of the Difference Between IGSO/MEO Satellite Clock Offset and TWSTFT

      表 4统计了C08、C11、C12这3颗卫星在姿态转换及零偏期间的卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差。由表 4可以看到,T20模型在姿态转换期间的定轨效果最好,其解算的钟差互差标准差平均为1.13 ns,与ECOM5参数模型相比,减小了0.37 ns;与ECOM9参数模型相比,减小了0.57 ns。因此,在IGSO/MEO卫星姿态转换期间,推荐使用T20模型进行定轨。

      表 4  IGSO/MEO卫星定轨估计钟差与星地双向钟差的互差标准差统计/ns

      Table 4.  STD Statistics of the Difference Between IGSO/MEO Satellite Clock Offset and TWSTFT/ns

      模型C08C11C12平均值
      T200.861.181.351.13
      ECOM51.591.331.531.50
      ECOM91.591.641.861.70
    • 国际GNSS服务组织通过分布在全球的多模GNSS监测网开展MGEX实验,并持续向用户提供高精度的多模GNSS卫星轨道、钟差、地球定向参数等产品。MGEX产品中的北斗卫星轨道是通过分布在全球的MGEX测站定轨生成,相比于区域网定轨,全球网在确定IGSO/MEO卫星轨道时,拥有更好的测站分布和更多的观测数据,因此轨道精度更高。文献[14]中总结了MGEX不同分析中心所采用的定轨策略,并通过不同机构间的轨道比较和卫星激光测距检验等多种手段对轨道和钟差进行了分析, 结果表明, 北斗IGSO、MEO卫星的三维轨道精度分别优于20 cm、30 cm,而GEO卫星的切向误差达到了3~4 m;北斗IGSO卫星的钟差精度为0.2~0.3 ns,MEO卫星的钟差精度为0.15~0.2 ns,GEO卫星的钟差精度达到了0.5~0.8 ns。本文使用德国地学中心(German Research Centre for Geosciences,GFZ)提供的北斗卫星精密轨道进行比较, 其中GFZ在定轨策略中选取了ECOM5参数太阳光压模型。由于MGEX轨道产品中GEO卫星的定轨精度较差,仅切向误差就达到了米级,因此,本文主要利用MGEX轨道产品评价不同光压模型区域网定轨解算的IGSO/MEO卫星的轨道精度。

      选取2015年第340~363天的观测数据,以3 d定轨弧段中间一天的轨道与MGEX轨道作差,统计轨道在径向、切向、法向的误差,以此比较IGSO/MEO卫星使用3种光压模型的定轨精度。可以发现:

      1) C08、C11、C12这3颗卫星在此期间进行姿态控制模式转换,分别经历动偏转零偏、零偏、零偏转动偏3个过程。从图 5可以看出,在姿态控制模式转换期间,T20模型的定轨效果最好,3颗卫星一维均方根的平均值为1.72 m,相比于ECOM5参数模型减小了0.24 m,比ECOM9参数模型减小了1.71 m。

      图  5  姿态转换期间卫星定轨结果与MGEX轨道之差

      Figure 5.  The Difference Between Solved Orbit and MGEX Orbit During the Period of Satellite Attitude Switch

      2) C06、C07、C09、C10、C14这5颗卫星在此期间处于动偏状态。从图 6可以看出,在动偏状态下,T20模型的定轨效果最好,5颗卫星一维均方根的平均值为1.53 m,相比于ECOM5参数模型减小了0.18 m,比ECOM9参数模型减小了1.34 m。

      图  6  动偏状态下卫星定轨结果与MGEX轨道之差

      Figure 6.  The Difference Between Solved Orbit and MGEX Orbit in Orbit-Normal Mode

      3) 对于IGSO/MEO卫星,无论在姿态转换期间还是动偏状态下,T20模型和ECOM5参数模型总体比较稳定,但ECOM9参数模型在定轨结果上有较大起伏,因此不推荐使用ECOM9参数模型对北斗IGSO/MEO卫星进行定轨。

    • 本文基于北斗区域网观测数据,分别利用T20模型、ECOM5太阳光压模型、ECOM9太阳光压模型对北斗卫星进行精密轨道确定,分析了不同光压模型在北斗卫星定轨中的应用效果,主要结论有:

      1) 针对不同类型的卫星,为了获得更高的轨道定轨精度和预报精度,在不同时段应采用不同的太阳光压模型。在春秋分点及卫星姿态转换等特殊时期,不同光压模型的定轨效果不同。为实现最优定轨,应使用该时段内效果最好的光压模型。

      2) 在GEO卫星春秋分期间,ECOM9参数模型较ECOM5参数及T20模型有更好的定轨效果;对于IGSO/MEO卫星,无论是在动偏期间还是姿态模式转换期间,T20模型均表现出更好的适用性。

      3) 星地双向钟差数据是评价北斗卫星轨道的一个重要方法。依靠BDS独立的无线电地面上下行双向测量机制,利用星地双向钟差与多星定轨得到的钟差作差,统计差值的标准差即可反映精密轨道在轨道视向的误差变化,而且该方法不受天气情况影响,可以实现对卫星轨道精度的实时精确监测。

      通过区分不同类型卫星,利用不同时段最适合的太阳光压模型进行精密定轨,可以有效提高BDS的定轨精度。由于目前常见的导航卫星定轨软件中均不具备对不同类型卫星采用不同光压模型建模的能力,后续工作中需要对BDS地面系统的定轨业务处理软件进行修改完善,以更好地提升BDS的服务性能。

参考文献 (14)

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