北斗衛(wèi)星廣播星歷及歷書參數(shù)擬合算法研究.pdf

1、廣播星歷與歷書作為衛(wèi)星導航電文中兩個重要的內(nèi)容,在實時導航定位中發(fā)揮著極為重要的作用。對于導航定位用戶而言,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時定位要求,相比于精度較高的事后精密星歷,廣播星歷在實時性和數(shù)據(jù)更新周期方面有較大優(yōu)勢。廣播星歷及歷書參數(shù)是通過預(yù)報軌道擬合得到的,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)法擬合星歷及歷書參數(shù),由于其用

2、戶算法簡單,擬合精度高,外推能力強等優(yōu)點,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)擬合法對不同導航系統(tǒng)的適用性成為了當前學者研究的熱點問題。
　　目前,北斗區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)已經(jīng)開始提供服務(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)擬合法擬合了類似GPS的16參數(shù)廣播星歷,且對于三類不同衛(wèi)星的廣播星歷擬合精度都優(yōu)于10cm。北斗全球系統(tǒng)的軌道精度指標要求優(yōu)于區(qū)域系統(tǒng),廣播星歷擬合精

3、度需達到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)模型的精度及其對北斗衛(wèi)星的適用性。同時,在分析 GPS中等精度和簡約歷書的基礎(chǔ)上,考慮了北斗GEO衛(wèi)星小傾角問題,設(shè)計了BDS簡約歷書模型,并采用軌道根數(shù)擬合歷書參數(shù),評定其歷書精度。論文的具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)介紹了導航衛(wèi)星廣播星歷及歷書的相關(guān)理論和擬合算法,分析了 GPS和GLONASS廣播星歷及歷書模型的特點。
　　(2)針對北斗

4、GEO衛(wèi)星特點,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題。
　　(3)推導了衛(wèi)星位置對16參數(shù)和18參數(shù)的偏導數(shù),并對偏導數(shù)中調(diào)和項的影響做了相關(guān)研究與分析,通過實驗得出調(diào)和項的影響量級為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距誤差(URE)為3c

5、m,最大不超過8cm,18參數(shù)廣播星歷擬合平均用戶測距誤差為5mm,最大不超過3cm。
　　(5)分析了不同擬合弧段對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,當擬合弧段大于4h時,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4h。
　　(6)針對北斗系統(tǒng)星座的特殊性,設(shè)計了一種適用于北斗系統(tǒng)的歷書參數(shù)及其生成算法,能同時適用于 GEO、IGSO和 MEO