GPS用于低轨道卫星定轨的误差

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"##$年%#月第%&卷第’期装备指挥技术学院学报

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!"#用于低轨道卫星定轨的误差

精确修正和分析

孙!靖%，!董绪荣"，!吕宏伟$，!孙宪兵&

（%C装备指挥技术学院研究生部，北京%#%&%G；!"C装备指挥技术学院KLM研究中心，北京%#%&%G；

$CG’&"G部队，黑龙江哈尔滨%’##IG；!&C沈阳军区测绘大队，辽宁沈阳%%G#"$）

!!摘!!!要：介绍了KLM用于低轨道空间飞行器定轨的基本原理和数学模型；详细分析了KLM应用于低轨卫星定轨必须考虑的几项误差源，给出相应的计算模型；最后用所述方法进行<1-6;卫星定轨解算，验证了方法及模型的正确性，并对可能提高的定轨精度进行了分析。

关!键!词：全球定位导航系统；低轨道；定轨中图分类号：B&%"C&

文献标识码：3!!!!文章编号：<D%%F$HIN（"##$）#’F##’$F#&

（KLM）是美国国防部研制!!全球定位导航系统

的第二代卫星导航与定位系统。它能为全球的用户提供全天候、连续、实时的高精度位置、速度和时间信息。目前，KLM定位技术除了广泛应用于地球表面及附近区域目标的导航定位外，在空间环境中也得到了越来越广泛的应用。

由于KLM卫星全球覆盖的特点，在空间尤其是轨道机动频繁的近地轨道空间，飞行器可以在其飞行的绝大多数时间内同时获得多于&颗KLM卫星的测量数据，大量的观测数据保证了测量的精度。同时，KLM定位系统是一种无线电定位系统，它所提供定位服务的性能与用户的应用环境密切相关。由于地球表面以及附近区域与大气层

［%］

外空间的环境有很大的区别，这种差异使得

是通过接收机的本地码与卫星信号的伪随机码进行相关处理，测定信号从卫星至接收机的传播时

间!!。

根据伪距的基本方程式，考虑电离层延迟""

可组成观测误差方程"##$和观测随机误差$#，

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（&"，)"，*"）和收机钟差等效距离；卫星/"的坐标钟差"."由广播星历求得；伪距#"#为观测量。当观测卫星个数"&&，即可求得&个未知数，这就是伪

［"］

距定位原理。

将观测误差方程（%）线性化，得到"""""

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KLM导航系统在空间的应用具有与地面、海洋和近空不同的特点。

$%基本原理和数学模型

在一个待定点上，利用星载接收机观测&颗

以上的导航星，独立确定待定点在地固坐标系的位置（OKMFI&坐标系）。从导航信号中可以提取多种观测量，但对于空间轨道飞行器实时定位导航而言，采用的是伪距观测量。伪码测距原理就

!收稿日期："##$F#’F%G

式中：（0，1，$）为待定点#至卫星/"的伪距#"#

的方向余弦，即

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!作者简介：孙!靖（%HI#J），女（汉族），山东烟台人，硕士研究生；!董绪荣（%HG"J），男，教授，博士生导师C

"*其中：!即#为待定点#至卫星$"距离的近似值，"""*!（&"’&!（)"’)!#）(#）(#%［

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)!*!为待定点#的近似坐标。其中：（&!#，#，#）

根据观测方程，用最小二乘求解出!%［!&#，,#］后，即可按下式!)#，!*#，

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求得待定点#坐标。

!$!"%&’的星座选择

在地面附近，卫星仰角必须都大于零，但对空间用户，仰角可以为负角甚至大部分可见星都具

［$］

有负仰角。此时，所有可见星中使23)最小的星座不一定是最优的。

在所有的误差源中，大气干扰（如电离层延迟、对流层延迟）引起的误差占主要部分，有时可达$!4’!5。如果导航星选在可见星的边界上，其信号就要"次穿越电离层。如果仰角0取大一些，可以基本上避开大气干扰。因此选某一颗卫星时，既要考虑它对整个星座构成的几何布置，又要考虑它带来的误差。

!"误差分析

在()*定位中，影响定位精度的主要误差来

源于()*卫星、卫星信号传播过程和接收机误差。这些误差按性质分为系统误差和随机误差。对系统误差主要是分析、研究其规律，采取有效措施，予以消除或减弱。对于随机误差，则只能采用统计处理方法，如最小二乘法、卡尔曼滤波等，以求出最佳估值。对于低轨道空间飞行器定轨，通过对更多误差源的详细分析并确定它们的影响规律，可以减弱系统误差，进一步提高定轨精度，取得与最小二乘法、卡尔曼滤波等方法相当的精度。该方法具有实时定轨、运算效率 …… 此处隐藏：2666字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……