星载GPS辅助低轨卫星运动学定轨方法综述

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基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

Ｒｎｉ），ａｇｇ）与动力学和简化动力学定轨精度相当．ｎ
关键词天体力学，航天器，方法：数据分析中图分类号：Ｐ１３２；文献标识码：Ａ
１引言
基于双频星载ＧＳ数据的ＬＯ（ｏａｈＯｂｉ）ＰＥＬｗＥｒｒｉｎ卫星精密定轨始于１９年发ｔｔｇ９２射的ＴｐｘＰｓｄｎ（ｏｅ／ｏｅｏ以下简称ＴＰ卫星．ＴＰ卫星是首颗搭载双频星载ＧＳｉ／）／Ｐ接收机并成功利用星载ＧＳＰ数据完成卫星定轨任务的低轨卫星［２卫星发射初期，预计星载１】－．ＧＳ定轨在径向约能达到１精度，实际定轨结果表明，ＴＰ卫星星载ＧＳＰ３ｍｃ／Ｐ定轨在径向达到了４ｃ精度［２星载ＧＳ在ＴＰ卫星上取得的巨大成功为其在ＬＯ卫星ｍ１］－．Ｐ／Ｅ
第５２卷第６期２１年ｌ０１１月
天
文学报
Ｖ０１５ＮＯ．．２６ＮＯ，２１Ｖ．０１
ＡＣＴＡＡＳＴＲＯＮＯＭＩＣＡＩＣＡＳＮＩ
基于双频星载ＧＰＳ数据的ＬＯ卫星Ｅ运动学定轨研究木
彭冬菊十吴斌
补偿、动力平滑或数学方法平滑．研究内容包括星载ＧＳＰ数据预处理、运动学定轨观测方程建立、解算参数设置以及解算策略．最后以ＧＡＣＲＥ卫星实测数据为试算数据，通
过分析内符精度、独立轨道比较及ＳＲ独立检验等方法验证本研究方法的有效性和可靠Ｌ
上的各类力学模型（如反演地球重力场、大气密度模型等）的理想轨道．另外，由于运动

基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨研究

无电离层的观测方程，即可得到表达式如下：
犔３＝ρ狊狉＋犮δ狋狉－犮δ狋狊＋犅３＋ε犔３
（５）
犘３＝ρ狊狉＋犮δ狋－犮δ狊＋ε犘３
（６）
其中，犅３为载波相位无电离层模糊度，其他参数
与式（１）、式（２）相同。
［收稿日期］２０１７０４２６［作者简介］袁俊军（１９９１－），男，山东临沂人，硕士在读，从事低轨卫星精密定轨方面的研究。犈犿犪犻犾：１５５８７５５４６４＠ｑｑ．ｃｏｍ
第３２卷第３期２０１８年３月
北京测绘ＢｅｉｊｉｎｇＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇ
Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ２０１８
引文格式：袁俊军．基于星载ＧＰＳ的低轨卫星简化动力学定轨研究［Ｊ］．北京测绘，２０１８（３）：２７８２８０．犇犗犐：１０．１９５８０／ｊ．ｃｎｋｉ．１００７３０００．２０１８．０３．００６
＋ε犘
（２）
其中，狉代表低轨卫星，狊表示观测到的ＧＰＳ卫星，
犔狊狉，犻为相位非差观测值，犘狊狉，犻为伪距观测值，ρ狊狉为ＧＰＳ和ＬＥＯ之间的几何距离（包含相位中心改正，
相对论改正等信息），犮为真空中的光速，δ狋狊是ＧＰＳ
卫星钟差改正，δ狋狉是ＬＥＯ低轨卫星钟差改正，
１观测方程与定轨数学模型
１．１观测方程首先建立ＬＥＯ卫星相对于Ｓ卫星（ＧＰＳ卫星）的基于载波和测距码的非差观测方程分别为［４］：
犔狊狉，犻

基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨

文章的研究成果表明，搭载单频ＧＰＳ接收机的低轨卫星也可获得厘米级的定轨精度。
关键词单频半和改正精密定轨低轨卫星
ＤＯＩ：１０．３７８０／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ — ７５８Ｘ．２０１３．０２．００７
正。Ｌ１频率载波相位观测值、码观测值和半和改正组合观测值的观测方程分别为
声１１一Ｐ。＋ｃ（ｄｔ一ｄｔ）一Ｐ１～ＮＡｌ＋。
Ｃ１一Ｐ。４－ｃ（ｄｔ一ｄｔ）＋８１０ｌ＋ｅ
（１）
国家教育部高等学校学科创新引智计划（ＢＯ７ｏ３７）；中央高校基本科研业务费专项资金（２ｏｌ２６１８Ｏ２Ｏ２ｏ１）资助项目收稿日期：２０１２ — ０６０７。收修改稿日期：２０１２ — １１１０
（１武汉大学测绘学院，武汉４３００７９）（２武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉４３００７９）
摘要为满足搭载单频ＧＰＳ接收机低轨卫星的精密定轨需求以及深化单频定轨研究，文中解决了单频星载ＧＰＳ数据的周跳探测问题，并利用 “ 海洋二号” （ＨＹ一２Ａ）卫星及 “ 资源三号” （ＺＹ一３）卫星的单频星载ＧＰＳ实测数据采用两种方法确定了二者的简化动力学轨

GPS定位定轨方法

梧桐山发射塔实时发播数据链
大南山基准站观测墩
大南山基准站仪器室
GPS用于导航定位的信号（续）

测距码（Ranging Code） – 目前 C/A（C1） – 码速：1.023MHz – 码元长度：300m P(Y)1、 P(Y)2 – 码速：10.23MHz – 码元长度：30m – 现代化后 C2 M1、M2 – 军用码
GPS用于导航定位的观测值
GPS 定位定轨方法
阮班学
CPIPEC烟台分公司 2009年9月21日
内容
一． GPS概述
二．参考系统三．卫星轨道基本理论四． GPS精密定轨技术五． GPS定轨定位模型
六． GPS精密数据处理所考虑的参数
七． GAMIT软件简介、实例和演示
一 GPS概述
一、 GPS概述

24--30颗卫星 21000公里高度 6个轨道发射 L1=1.57542GMH L2=1.2276 GMH 两种调制测距信号C/A、P1、P2 和广播星历的频率
大坝外观变形GPS自动化监测系统
GPS1 GPS2
ＧＰＳ在农业中的应用
ＧＰＳ在大气中的应用

GPS气象预报
几何距离：实际观测距离(去掉电离层影响) / 大气延迟：d= / - d=dd+dw dw=k*pw pw ：垂直方向水汽累计含量，k为一系数若pw > pc(pc为临界降水含量)则将形成可降水汽——雨

连续运行的卫星导航服务系统多源数据的导航定位伪卫星技术卫星定轨技术利用GPS信号进行对地观测 – 测定海面高 – 大气探测电离层探测对流层探测地球动力学中的应用维持参考框架

低轨卫星与GPS导航卫星联合定轨研究

3. 3 算例结果分析
Kuang Cuilin1) , L iu J ingnan2) and Zhao Q ile2)
1) D epa rtm en t of S u rvey Eng ineering and Geom a tics, Cen tra l S ou th U n iversity, Changsha 410083 2) GN SS R esea rch Cen ter, W uhan U n iversity, W uhan 430079
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第 2期
匡翠林等 :低轨卫星与 GPS导航卫星联合定轨研究
123
图 1 低轨卫星与 GPS联合定轨的数据处理流程 Fig. 1 Flow of data p rocesing of combined orbit determ ination with low earth orbit satellite and GPS
方案三 :“两步法 ”定轨的地面站采用 25 个全球均匀分布的 IGS站 ,联合定轨的地面站采用集中分布在北半球的 25个 IGS站。
3. 2 定轨动力和观测模型
在各试验方案中 ,由于采用的是动力学定轨 ,所以对低轨卫星和 GPS的摄动力进行了单独建模。表 1是对定轨采用的摄动力模型的描述。确定低轨卫星的轨道需要处理星载 GPS观测数据 ,确定 GPS 卫星的轨道的需要处理地面站 GPS观测数据 ,两者在处理方法和误差改进方面既存在共性 ,也存在一定的差异 ,表 2是对两种数据的观测模型的描述。
匡翠林 1) 刘经南 2) 赵齐乐 2)

低轨卫星星载gnss精密定轨的精度检核方法

第３５卷第１１期２０１０年１１月武汉大学学报·信息科学版ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３５Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２０１０收稿日期：２０１００９１５。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（４０８７４００４）；国家９７３计划资助项目（２００６ＣＢ７０１３０１）。

文章编号：１６７１８８６０（２０１０）１１１３４２０４文献标志码：Ａ低轨卫星星载犌犖犛犛精密定轨的精度检核方法周晓青１，２　胡志刚１　张新远３（１　武汉大学测绘学院，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９）（２　国家测绘局卫星测绘应用中心，北京市海淀区莲花池西路２８号，１００８３０）（３　中国船舶重工集团总公司第７０７研究所，天津市６３号信箱，３００１３１）摘　要：基于星载ＧＮＳＳ的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点，也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。

讨论了目前低轨卫星星载ＧＮＳＳ精密定轨的精度评价方法，并通过对ＧＲＡＣＥ卫星的实测和仿真数据的处理和分析，讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。

关键词：星载ＧＮＳＳ；低轨卫星；精密定轨；精度评价中图法分类号：Ｐ２２８．４１目前，卫星轨道精度评价方法可分为以下两类：①内符合精度检验。

内符合精度指的是在进行卫星轨道精度评价时未使用到其他的独立观测数据或处理结果，而是依靠卫星定轨过程中获得的相关数据或结果来进行分析。

这些方法包括观测数据残差统计、轨道重叠部分偏差统计、轨道衔接点的坐标偏差以及不同数据处理策略与软件结果比较等［１３］。

②外符合精度检验。

利用未参与精密定轨系统的其他观测系统数据实施卫星轨道精度的检验，如ＳＬＲ数据等。

除ＳＬＲ数据外，根据不同低轨卫星的特点及其所具备的条件，还可以获得其他观测数据来进行轨道精度检验，如ＣＨＡＭＰ卫星上的加速度计、ＧＲＡＣＥ卫星的Ｋ波段观测值［４］以及ＤＯＲＩＳ系统［５］等。

低轨卫星定轨综述

低轨卫星定轨综述摘要：本文首先介绍了卫星轨道的分类标准，随后简述了星载GPS低轨卫星定位系统的体系结构以及星载GPS定轨研究进展。

最后重点分析了星载GPS低轨卫星的几种定轨方法关键词：低轨卫星定轨GPS接收机几何法运动法约化动力法卫星运行轨道的分类标准人造卫星的运行轨道按形状分类可以分为椭圆轨道和圆轨道：椭圆轨道：偏心率不等于0的卫星轨道，卫星在轨道上做非匀速运动，适合高纬度地区通信。

圆轨道：具有相对恒定的运动速度，可以提供较均匀的覆盖特性，适合均匀覆盖的卫星系统按倾角（卫星轨道平面与赤道平面的夹角，称为卫星轨道平面的倾角）赤道轨道。

i=0°，轨道面与赤道面重合；静止通信卫星就位于此轨道平面。

极地轨道。

i=90°，轨道面穿过地球南北极。

倾斜轨道。

轨道面倾斜于赤道。

根据卫星运动方向和地球自转方向的差别分为顺行倾斜轨道，0°< i<90°逆行倾斜轨道，90°< i<180°图1按高度分类根据卫星运行轨道距离地面的高度h，可分为低轨道(LEO)：500<h<2000km中轨道(MEO)：8000km<h<20000km静止/同步轨道(GEO)：h=35786km。

高轨道(HEO)：h>20000km，椭圆轨道，远地点可达40000km地球同步轨道是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道。

但其中有一种十分特殊的轨道，叫地球静止轨道。

这种轨道的倾角为零，在地球赤道上空35786千米。

地面上的人看来，在这条轨道上运行的卫星是静止不动的。

一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。

地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条。

太阳同步轨道是轨道平面绕地球自转轴旋转的，方向与地球公转方向相同，旋转角速度等于地球公转的平均角速度（360度/年）的轨道，它距地球的高度不超过6000千米。

在这条轨道上运行的卫星以相同的方向经过同一纬度的当地时间是相同的。

低轨定位方法

低轨定位方法
低轨定位方法是一种卫星定位技术，通过低地球轨道（LEO）卫星系统进行定位。

与传统的全球定位系统（GPS）等高轨卫星定位技术相比，低轨定位方法具有一些显著的优势和特点。

首先，低轨定位方法的定位精度更高。

由于低轨卫星距离地面更近，其信号传播路径更短，使得信号更强、更稳定，从而提高了定位精度。

此外，低轨卫星的轨道高度较低，其几何构型变化较快，这有助于加快高精度定位的收敛速度，进一步提高定位精度。

其次，低轨定位方法具有更快的收敛速度。

传统的GPS等高轨卫星定位技术需要较长时间才能估计和分离各类误差，进而固定载波相位模糊度、实现精密定位。

而低轨定位方法可以利用其轨道特性，加快高精度定位的收敛时间，达到快速定位的效果。

此外，低轨定位方法还可以应用于室内定位等场景。

由于低轨卫星信号具有较强的穿透能力，因此可以在室内等信号遮挡严重的环境下实现较为准确的定位。

这为智能城市、无人驾驶汽车等应用提供了更大的可能性。

低轨定位方法需要大量的卫星资源来实现全球覆盖。

因此，低轨卫星星座的建设和运营成本较高，同时还需要解决卫星之间的相互干扰等问题。

另外，由于低轨卫星的轨道高度较低，其运行速度较快，需要频繁的通信和数据处理能力来保持实时定位服务。

总的来说，低轨定位方法是一种具有高精度、快速收敛和室内定位等优势的卫星定位技术。

虽然其建设和运营成本较高，但在一
些特定应用场景下，如智能城市、无人驾驶汽车等，低轨定位方法可以发挥出更大的作用和价值。

随着技术的不断发展和成本的降低，低轨定位方法有望在未来得到更广泛的应用和推广。

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述了星载ＧＰＳ低轨卫星运动学定轨的基本原理及方法，指出了各种运动学定轨方法的优点和不
足。分析了各种运动学定轨解算的特点，并对星载ＧＰＳ低轨卫星运动学定轨的发展方向进行了展
望。
关键词：ＧＰＳ；低轨卫星（ＬＥＯ）；运动学定轨；三差
中图分类号：Ｐ２２８．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ７９７６一（２０１３）０２．０９８．０５
以解算出ＬＥＯ的瞬间三维位置，也可和全球分布
度。星载ＧＰＳ定轨技术已在卫星遥感、地质勘探、海洋测高和卫星重力测量等类的ＬＥＯ的精度定轨
中已得到了成功的应用。
的地面ＧＰＳ跟踪网收集的观测数据进行差分定位，求出ＬＥＯ的位置，这两种形式求出的均是ＬＥＯ一系列离散位置，需要通过滤波或者其他形式进行平
ｌ星载ＧＰＳ系统组成及定轨方法
信息，能为ＬＥＯ提供精确、连续和完整的跟踪。利用星载ＧＰＳ进行低轨卫星轨道确定，其精度可达厘米级，大大高于传统的动力法定轨几十米的精
卫星上装载高动态的ＧＰＳ接收机，利用星载ＧＰＳ接收机接收到的数据作为观测量，利用该观测量可
滑，并形成完整的轨道；另外，可利用低轨卫星的ＧＰＳ观测量直接和ＬＥＯ的动力学模型进行结合，确定ＬＥＯ的轨道。星载ＧＰＳ低轨卫星定轨系统主要由四部分组
收稿日期：２０１３一Ｏ１－２３。
ｂａｓｅｄｏｎｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄＧＰＳ．ＩｔｅｍｐｈａｓｉｚｅｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｃｐｉｒｎｃｉｐｌｅａｎｄｍｅｈｏｔｄｓｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃＬＥＯｏｒｂｉｔｄｅｔｅｍｉｒｎａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄＧＰＳ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｋｉｎｅｍａｔｉｃｏｒｂｉｔｄｅｔｅｍｉｒｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅ
第２期
张婷：星载ＧＰＳ辅助低轨卫星运动学定轨方法综述
・９９・
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｂｒｉｅｆｄｅｓｃｉｒｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆＬＥＯｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
・９８・
现代导航
２０１３笠
星载ＧＰＳ辅助低轨卫星运动学定轨方法综述
张婷，王磊，杨小伟２
（１北京卫星导航中心，北京１０００９４；２解放军６１５１６部队）
摘要：本文简要介绍了星载ＧＰＳ低轨卫星定轨的背景、系统组成和主要定轨方法。重点论
ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＫｉｎｅｍａｔｉｃＬＥＯＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓＢａｓｅｄｏｎＳｐａｃｅ — ＢａｓｅｄＧＰＳ
ＺＨＡＮＧＴｉｎｇ，ＷＡＮＧ Байду номын сангаасＬｅｉ，ＹＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＧＰＳ；ＬＥＯ；ＫｉｎｅｍａｔｉｃＯｒｂｉｔＤｅｔｅｍｉｒｎａｔｉｏｎ；Ｔｉｒｐｌｅ — Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ
近年来ＧＰＳ系统在低轨卫星轨道确定得到了
日益广泛的应用，到目前为止，已有上百颗低轨卫星采用了星载ＧＰＳ测定轨道。所谓星载ＧＰＳ定轨就是利用星载ＧＰＳ接收机观测ＧＰＳ卫星的数据确定ＬＥＯ位置。由于具有全球覆盖及三维观测的系统特点，ＧＰＳ系统给ＬＥＯ提供了非常丰富的几何１．１系统组成星载ＧＰＳ低轨卫星定轨的基本原理是在低轨
ｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｏｒｂｉｔｄｅｔｅｍｉｒｎａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｆｕｔｕｒｅｐｒｏｓｐｅｃｔｆｏｒｋｉｎｅｍａｔｉｃｏｒｂｉｔｄｅｔｅｍｉｒｎａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｐａｃｅ — ｂａｓｅｄＧＰＳ．