论文部分内容阅读
基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的星载双频低轨卫星(Low Earth Orbit,LEO)轨道确定技术已日臻成熟。然而在基于单频GPS观测数据的定轨技术中,由于电离层延迟引起的观测数据误差从厘米级到米级不等,使得电离层延迟成为影响单频定轨精度的主要因素,如何有效消除电离层延迟在观测信号中的影响也成为提高单频定轨精度的技术难题。本文围绕单频定轨的基本理论及如何有效消除电离层延迟在GPS测量信号中的影响展开,主要包含以下三方面的内容。一、分析了单频GPS定轨基本理论。主要探讨了定轨理论中所需要的时间系统和坐标系系统、GPS观测信号的模型化表示、基于单频观测数据的预处理技术以及缩减动力学精密定轨方法。二、研究了基于全球电离层模型的单频定轨方法。首先研究了电离层对GPS测量信号的延迟机理,探讨了全球电离层模型的应用方法;其次针对电离层比例因子在全球电离层模型应用中的局限性,提出了电离层比例因子的轨道高度分段线性表示模型,并对模型参数进行了优化。为检验该方法的有效性,选取GRACE A、GRACE B卫星及CHAMP卫星,基于缩减动力学定轨算法进行单频定轨,其三维精度分别为0.786m,0.737m和0.822m,相较于未作电离层修正的定轨结果,定轨精度分别提高13.45%,16.93%,41.77%。研究结果表明,该方法能够克服传统的经验选取电离层比例因子的不足,并小尺度的反映电离层比例因子随高度的变化。三、研究了基于半和改正模型的单频定轨方法。首先研究了半和改正组合观测值的特性,研究表明其消除了电离层延迟的一阶项影响,噪声水平为伪码的一半,且具有模糊度参数。其次探讨了半和改正组合的事后残差编辑算法,以探测在观测值中通过预处理未探测到的小周跳;文中观测模型选取AC以及半和改正组合,在非保守力补偿方面对力学模型进行优化选取。基于缩减动力学精密定轨算法,对GRACE A、GRACE B卫星及CHAMP卫星进行单频轨道确定。研究结果表明,对GRACE A、B卫星的三维定轨精度为9cm;对CHAMP卫星的三维定轨精度为14.4cm;相较于未作电离层修正的定轨精度,分别提高83.9%,82.2%和78.25%。