北斗衛(wèi)星廣播星歷及歷書(shū)參數(shù)擬合算法研究.pdf

1、廣播星歷與歷書(shū)作為衛(wèi)星導(dǎo)航電文中兩個(gè)重要的內(nèi)容,在實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位中發(fā)揮著極為重要的作用。對(duì)于導(dǎo)航定位用戶而言,精密的軌道信息是精確定位的基礎(chǔ),然而要滿足用戶的實(shí)時(shí)定位要求,相比于精度較高的事后精密星歷,廣播星歷在實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)更新周期方面有較大優(yōu)勢(shì)。廣播星歷及歷書(shū)參數(shù)是通過(guò)預(yù)報(bào)軌道擬合得到的,常用擬合算法主要為軌道根數(shù)法和狀態(tài)適量積分法,其典型代表分別為 GPS和GLONASS廣播星歷參數(shù)擬合方式。采用軌道根數(shù)法擬合星歷及歷書(shū)參數(shù),由于其用

2、戶算法簡(jiǎn)單,擬合精度高,外推能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被 GPS、BDS、GALILEO等廣泛采用。然而,由于星座布設(shè)的不同,軌道根數(shù)擬合法對(duì)不同導(dǎo)航系統(tǒng)的適用性成為了當(dāng)前學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　目前,北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始提供服務(wù),北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)正處于建設(shè)階段。區(qū)域系統(tǒng)中采用了軌道根數(shù)擬合法擬合了類(lèi)似GPS的16參數(shù)廣播星歷,且對(duì)于三類(lèi)不同衛(wèi)星的廣播星歷擬合精度都優(yōu)于10cm。北斗全球系統(tǒng)的軌道精度指標(biāo)要求優(yōu)于區(qū)域系統(tǒng),廣播星歷擬合精

3、度需達(dá)到5cm,本文將18參數(shù)擬合模型用于北斗全球系統(tǒng)中,分析軌道根數(shù)擬合18參數(shù)模型的精度及其對(duì)北斗衛(wèi)星的適用性。同時(shí),在分析 GPS中等精度和簡(jiǎn)約歷書(shū)的基礎(chǔ)上,考慮了北斗GEO衛(wèi)星小傾角問(wèn)題,設(shè)計(jì)了BDS簡(jiǎn)約歷書(shū)模型,并采用軌道根數(shù)擬合歷書(shū)參數(shù),評(píng)定其歷書(shū)精度。論文的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)介紹了導(dǎo)航衛(wèi)星廣播星歷及歷書(shū)的相關(guān)理論和擬合算法,分析了 GPS和GLONASS廣播星歷及歷書(shū)模型的特點(diǎn)。
　　(2)針對(duì)北斗

4、GEO衛(wèi)星特點(diǎn),采用軌道旋轉(zhuǎn)法及GIVENS正交變換解決了小傾角和小偏心率引起的廣播星歷擬合不成功的問(wèn)題。
　　(3)推導(dǎo)了衛(wèi)星位置對(duì)16參數(shù)和18參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù),并對(duì)偏導(dǎo)數(shù)中調(diào)和項(xiàng)的影響做了相關(guān)研究與分析,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出調(diào)和項(xiàng)的影響量級(jí)為10-5。
　　(4)采用軌道根數(shù)擬合算法,用北斗精密星歷擬合16參數(shù)廣播星歷和18參數(shù)廣播星歷,并分析了兩種星歷模型的擬合精度,結(jié)果顯示,16參數(shù)廣播星歷擬合平均用戶測(cè)距誤差(URE)為3c

5、m,最大不超過(guò)8cm,18參數(shù)廣播星歷擬合平均用戶測(cè)距誤差為5mm,最大不超過(guò)3cm。
　　(5)分析了不同擬合弧段對(duì)兩種廣播星歷擬合精度的影響,結(jié)果顯示,隨著擬合弧段的增加,16參數(shù)和18參數(shù)擬合精度下降,當(dāng)擬合弧段大于4h時(shí),精度發(fā)散速度快速增加,因此為了確保軌道精度,建議廣播星歷擬合不超過(guò)4h。
　　(6)針對(duì)北斗系統(tǒng)星座的特殊性,設(shè)計(jì)了一種適用于北斗系統(tǒng)的歷書(shū)參數(shù)及其生成算法,能同時(shí)適用于 GEO、IGSO和 MEO