一种卫星轨道综合定权方法技术

本发明专利技术提供了一种卫星轨道综合定权方法，首先输入每个分析中心的卫星轨道数据，利用分段法对卫星进行用户测距误差URE确定；计算基于用户测距误差URE的分析中心和卫星的权，对所有分析中心的卫星轨道进行加权综合，从而获得高精度、高可靠性的综合轨道。本方法克服了以卫星轨道位置绝对偏差Absolute Deviation和均方根误差RMS的定权方法的不足，有效地解决多轨道类型卫星轨道综合时的定权问题，并且该方法满足轨道动力学近似特性。该发明专利技术对所有卫星导航系统具有普适性，特别适用于GEO/IGSO/MEO多轨道类型的卫星轨道综合。

Satellite orbit comprehensive weighting method

The invention provides a satellite orbit synthetic weighting method, the first input data for each satellite orbit analysis center, the satellite user range error URE determined using piecewise calculation method; user range error analysis of URE center and satellite power based on weighted comprehensive analysis of all the heart of the satellite orbit, orbit and comprehensive to obtain high precision and high reliability. This method overcomes the disadvantages of weighting method in satellite orbital position absolute deviation Absolute Deviation and RMSE of RMS, effectively solve the multi track type satellite orbit synthesis weights, and the method satisfies the approximate characteristics of orbit dynamics. The invention is universal for all satellite navigation systems, and is especially suitable for satellite orbit synthesis of GEO/IGSO/MEO multi orbit type.

【技术实现步骤摘要】
一种卫星轨道综合定权方法
本专利技术属于全球卫星导航系统GNSS高精度定位
，涉及一种卫星轨道综合新定权方法；该方法对所有卫星导航系统具有普适性，特别适用于GEO(GeostationaryOrbit)/IGSO(InclinedGeostationaryOrbit)/MEO(MediumEarthOrbit)多轨道类型的卫星轨道综合。
技术介绍
全球卫星导航系统GNSS(GPS/GLONASS/Galileo/BDS等总称)已经成功广泛应用于导航定位、气象学、地震学、自然灾害预警等各个领域，高精度且稳定可靠的卫星轨道和钟差是上述应用的重要前提之一，由于目前各GNSS系统广播星历(含轨道和钟差信息)精度无法满足广大用户高精度定位的需求，其主要来源是IGS(InternationalGNSSService)提供的轨道和钟差产品。IGS为GNSS领域的全球权威组织，通过对其内部的各个分析中心卫星轨道数据进行轨道综合，以发布更高精度和稳定可靠的产品，目前GPS卫星最终轨道精度优于2.5cm，GLONASS的最终轨道精度为3cm左右。GPS、GLONASS星座均由MEO卫星组成，其轨道综合方法基本一致，均采用“加权平均法”，但两者对分析中心和卫星的定权方法不同。GPS轨道综合时，分析中心的定权是以卫星轨道位置绝对偏差AbsoluteDeviation为依据，卫星定权以卫星轨道位置均方根误差RMS(RootMeanSquare)为依据；GLONASS轨道综合时，两者均是以卫星轨道位置均方根误差为依据。GEO/IGSO/MEO多轨道类型共存是多GNSS时代的重要特征之一，不同于GPS、GLONASS、Galileo系统仅由MEO卫星组成，其他卫星导航系统采用了GEO、IGSO、MEO三类卫星。我国BDS于2012年12月27日建成的区域卫星导航系统由5个GEO、5个IGSO和4个MEO共三类卫星组成，随后至2016年11月又发射了1个GEO、3个IGSO和3个MEO卫星，预计2020年建成5个GEO、3个IGSO和27个MEO卫星组成的全球卫星导航系统。日本QZSS系统2010年9月发射了第一颗卫星“Michibiki”，预计2018年前再发射3颗卫星，这些卫星均属于IGSO类型。印度IRNSS系统由3颗GEO和4颗IGSO共两类卫星组成，截止2016年11月共发射了7颗卫星。多GNSS、多类型卫星(尤其是GEO)的轨道精度不一致，为卫星轨道综合方法提出了更高的要求。各个分析中心和国内外研究学者分析得出：BDSMEO卫星内符合精度三维位置20cm，径向5cm；相对于MEO，IGSO卫星运动缓慢，内符合精度稍差，三维位置30cm，径向10cm；GEO卫星由于相对地面几乎静止不动，图形几何结构差，造成切向分量存在1-4m量级的常偏量误差，径向精度10-20cm。总体而言，GEO轨道位置误差是其他两类卫星的10倍，而其径向误差只有2倍左右，因此以卫星轨道位置绝对偏差或者均方根误差为依据的定权方法将会严重降低GEO卫星在导航服务中的比重，由于GEO卫星也是导航卫星且在导航定位应用中扮演着不可缺少的角色，如何确定分析中心和卫星的权成为亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于GEO/IGSO/MEO多轨道类型的卫星轨道综合定权方法，且该方法能满足轨道动力学近似特性，从而获得高精度、高可靠性的综合轨道。本专利技术所采用的技术方案是：一种卫星轨道综合定权方法，其特征在于：输入每个分析中心的卫星轨道数据，利用分段法对卫星进行用户测距误差URE确定；计算基于用户测距误差URE的分析中心和卫星的权，对所有分析中心的卫星轨道进行加权综合，从而获得高精度、高可靠性的综合轨道。本专利技术具有以下优势：1、本专利技术顾及了卫星轨道对用户定位的直接影响，构建基于用户测距误差URE的卫星轨道综合时的定权方法，定权策略更合理，符合GNSS定位理论。2、基于本专利技术计算的综合轨道能满足轨道动力学近似特性。3、本专利技术特别适用于GEO/IGSO/MEO多轨道类型卫星的轨道综合，也适用单一类型卫星的轨道综合，不仅具有特殊性，也有普适性。附图说明图1是本专利技术实施例的算法流程图。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。用户测距误差URE(UserRangeError)直接反映了卫星轨道误差对用户定位的影响，本专利技术提出的一种基于用户测距误差URE的新定权方法将能有效解决多类型卫星轨道综合时的定权问题。主要包括基于用户测距误差URE的分析中心和卫星的定权方法。GEO/IGSO/MEO卫星轨道综合是对所有分析中心的卫星轨道进行加权综合，本专利技术提出的基于用户测距误差URE的卫星轨道综合新方法具体实施流程包括以下步骤：步骤1、由于每个分析中心的轨道框架不一致性，首先利用矩阵旋转方法将每个分析中心轨道转换到同一基准框架(如IGS框架)，表示为步骤2、计算分析中心等权下的每颗卫星平均轨道，采用最小二乘方法，计算卫星等权下平均轨道和之间的Helmert七参数。步骤3、以步骤2中的平均轨道为准确值，计算经步骤2中Helmert七参数转换后的每个分析中心每颗卫星轨道的切向、径向和法向等分量误差，根据轨道类型计算每颗卫星的URE，计算公式如下：其中，此处URE是用户测距误差其中轨道误差的统计，A、R、C分别表示卫星轨道的切向、径向、法向误差。步骤4、计算每个分析中心的权：其中，wcent为分析中心cent的权，Nsatcent为每个分析中心的卫星个数，为每个分析中心每颗卫星sat的历元数，URE(i,sat)表示步骤3中每颗卫星sat的计算历元时刻i的URE。步骤5、计算卫星等权、分析中心加权下的卫星综合轨道：为卫星等权、分析中心加权下的卫星轨道，Ncentsat为提供每颗卫星轨道数据的分析中心个数。步骤6、计算卫星的权wsat为：步骤7、采用最小二乘方法，利用步骤6中wsat值，计算卫星不等权下和之间的Helmert七参数。步骤8、利用步骤7中的Helmert七参数，旋转每个分析中心每颗卫星轨道至步骤9、计算综合轨道于本专利技术计算的综合轨道能满足轨道动力学近似特性，证明如下：综合轨道可表示为：其中：为卫星综合轨道，为每个分析中心卫星轨道，Ncentsat为提供每颗卫星轨道数据的分析中心个数，wcent为每个分析中心的权(为常量)，kcent为系数，且有每个分析中心轨道是满足卫星运动微分方程，卫星加速度可表示为重力位的梯度：其中t代表时间，V代表地球重力位。由于为小值，在近似值处线性化展开且忽略高阶项得：由于kcent为常量，综合轨道二次微分可得下式：由于因此，故综合轨道仍满足轨道动力学近似特性。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本专利技术专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本专利技术的保护范围之内，本专利技术的请求保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星轨道综合定权方法，其特征在于：输入每个分析中心的卫星轨道数据，利用分段法对卫星进行用户测距误差URE确定；计算基于用户测距误差URE的分析中心和卫星的权，对所有分析中心的卫星轨道进行加权综合，从而获得高精度、高可靠性的综合轨道。

【技术特征摘要】
1.一种卫星轨道综合定权方法，其特征在于：输入每个分析中心的卫星轨道数据，利用分段法对卫星进行用户测距误差URE确定；计算基于用户测距误差URE的分析中心和卫星的权，对所有分析中心的卫星轨道进行加权综合，从而获得高精度、高可靠性的综合轨道。2.根据权利要求1所述的卫星轨道综合定权方法，其特征在于，所述利用分段法进行用户测距误差URE确定的实现方式为：首先分别计算每颗卫星轨道的切向、径向和法向分量误差，然后针对不同的卫星类型计算用户测距误差URE中轨道误差：其中，A、R、C分别表示卫星轨道的切向、径向、法向精度。3.根据权利要求1所述的卫星轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿涛，赵齐乐，徐夏炎，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42