一种探测GNSS卫星轨道机动的方法技术

一种探测GNSS卫星轨道机动的方法，该方法包括以下步骤：先通过文件或者网络获取全球测站GNSS观测值和广播星历；再将全球GNSS观测网分成多个子网，然后为每个子网选择一个装备有原子钟的测站作为基准站，其他测站作为参考站，再为子网内每个测站构建线性化后的消电离层组合平滑伪距观测方程，然后通过两个线程进行卫星机动判断。本设计不仅可以全天候对所有卫星进行可靠的单历元机动探测，而且能为将来实时卫星机动提供一个可行的思路。

A method for detecting orbital maneuver of GNSS satellites

A method for detecting orbital maneuvering of GNSS satellites consists of the following steps: obtaining GNSS observations and broadcasting ephemeris from global stations by means of documents or networks; dividing the GNSS observation network into subnets; then selecting one station equipped with atomic clocks as a reference station for each subnet and other stations as a reference station. Then, the linearized deionospheric combined smoothing pseudo-range observation equation is constructed for each station in the subnet, and then the satellite maneuver is judged by two threads. This design can not only carry out reliable single epoch maneuvering detection for all satellites all weather, but also provide a feasible idea for real-time satellite maneuvering in the future.

【技术实现步骤摘要】
一种探测GNSS卫星轨道机动的方法
本专利技术属于“测绘科学与技术”学科中的“大地测量”
，尤其涉及一种探测GNSS卫星轨道机动的方法，主要适用于提高机动卫星定轨精度以及机动卫星的有效利用等方面。
技术介绍
卫星定轨作为全球导航卫星系统(GNSS)的一项关键技术，被广泛研究以消除或削弱影响其准确性和稳定性的因素。此外，全球导航卫星系统用户也期望高精度和可靠的轨道产品。但是，无论是进行后处理的精确轨道确定，还是使用预测的轨道，确定卫星机动都很重要。在机动的情况下，需要在多天解的精密轨道确定中为机动卫星设置单独的子弧。在实时应用中，我们通常使用预测轨道，称为广播星历和超快速产品，而使用未被发现的机动卫星是有风险的。因此，实时检测卫星机动以保持导航系统服务性能至关重要。卫星激光测距可以监测地球静止轨道卫星机动。然而，需要一个相应的GNSS卫星激光测量系统。类似地，使用双向传输测距站点观测到的传输测距数据可用于检测卫星机动，然而，对于中地球轨道和倾斜地球同步轨道卫星，必须要建立大量的双向传输测距站点，以实现全天的监测。此外，还可以使用雷达数据来检测卫星机动，雷达数据可以为空间目标提供运动状态监测。不幸的是，对于GNSS卫星，也需要额外的设备。使用广播星历，可以直接简单地在后期模式下检测卫星机动，但该方法不能满足实时性要求，时间分辨率也不理想。全球GNSS观测数据和广播星历可以由IGS、MGEX和iGMAS免费提供，这些数据可以充分用于全天候监测卫星机动。此外，IGS在最近几年已经开发了从地面站实时传输数据的能力。因而使用这些实时数据实时检测全天候卫星机动的条件正逐渐可用。CODE(http：//www.aiub.unibe.ch/download/BSWUSER52/GEN/SAT_yyyy.CRX，其中yyyy是四位数年份)和美国安全国土部的导航中心(https://www.navcen.uscg.gov/？pageName＝selectNanuByNumber)虽然公布这类卫星机动的信息，但是该信息不是实时提供的。如何利用GNSS测站跟踪网探测GNSS卫星机动一直是GNSS领域的研究热点，其中斯坦福大学和欧洲定轨中心团队对此进行了深入研究，也得到了广泛应用。但是斯坦福大学所提出的方法只适用于区域观测网络。此外，当消除接收机时钟钟差时，该方法易受电离层延迟，卫星机动和异常值的影响。而欧洲定轨中心提出的算法仅适用于后处理模式。因此，现有的方法并不能完全满足实时性、全天候和高可靠性的要求。为了给未来实现实时可靠的机动探测提供另一个可行的思路，需要基于GNSS测站跟踪网来研究一种可靠的单历元解算方法，从而实现卫星机动探测。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的只适用于区域观测网络、误判卫星机动，且当消除接收机时钟钟差时，易受电离层延迟、卫星机动和异常值的影响，或者只适用于事后处理模式的缺陷与问题，提供一种基于广播星历和全球参考网实现全天候探测卫星机动，且能为将来实时卫星机动提供一个可行思路的探测GNSS卫星轨道机动的方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种探测GNSS卫星轨道机动的方法，该方法包括以下步骤：第一步：通过文件或者网络获取全球测站GNSS观测值和广播星历；第二步：先将全球GNSS观测网分成多个子网，再为每个子网选择一个装备有原子钟的测站作为基准站，其他测站作为参考站，然后将每个子网分线程执行第三步和第四步；第三步：为子网内每个测站构建线性化后的消电离层组合平滑伪距观测方程：式(1)中，表示伪距残差，表示视线方向的单位向量，Δs表示广播星历在径向dr、切向da、法向dc三个方向的误差，dtr表示接收机钟差，dts表示卫星钟差，c表示光速，ε表示噪声；第四步、卫星机动探测：A、根据广播星历提供的轨道和钟差简化式(1)得到式(2)，并根据式(2)计算基准站钟差；式(2)中，m表示基准站接收机，表示方差；则基准站钟差计算步骤如下：A1、计算伪距残差的中位数：式(3)中，s＝1，2，，...，N，N表示基准站观测到的卫星数，median{.}是计算序列的中位数；A2、计算伪距残差的初始残差：A3、计算伪距残差的抗差方差因子：σ0＝mdian{|vs|}/0.6745(5)；A4、计算伪距残差的抗差等价权：式(6)中，c0＝2，3，4或者c0＝5；A5、计算基准站钟差：B、当已知基准站接收机钟差后，得到如下式(8)，然后消除其他参考站的接收机钟差；式(8)中，表示基准站m与其他参考站R之间的伪距残差之差，R＝1，2，...J，J表示子网内其他参考站的数量；则消除其他参考站钟差步骤如下：B1、计算的中位数：B2、计算的初始残差：B3、计算的抗差方差因子：B4、计算的抗差等价权：B5、计算参考站接收机钟差：B6、根据计算的基准站钟差和其他参考站接收机钟差得到如下方程：B7、计算和C、假定s1为将要探测的卫星号，分别通过两个线程进行卫星机动判断：C1、根据线程一得到卫星机动的第一个判断条件，线程一包括以下步骤：C11、根据下式获取探测的变量C12、计算的中位数：C13、计算的初始残差：C14、计算的初始抗差方差因子：C15、计算的抗差因子和等价权：C16、计算的抗差方差因子：C17、第一个判断条件为：C2、根据线程二得到卫星机动的第二个判断条件，线程二包括以下步骤：C21、根据广播星历的精度设置阈值Threshold1等于10米；C22、根据式(15)计算Δsl(drdadc)；C23、计算三维误差C24、若卫星在连续十个历元没有发生机动或者异常情况，则得到一个序列如式(25)，而阈值Threshold2的计算如式(26)：Threshold2＝c0(median{Ds1}/0.6745)(26)；C25、第二个判断条件为：C3、卫星机动探测的综合评估：若在c0个连续历元同时满足方程(23.a)和(27.a)，则认为卫星s1在历元t发生了机动；若在历元t只有(23.a)或(27.a)满足，则认为卫星s1在历元t不可用；反之，则认为卫星s1在历元t可用。步骤C3中，评估一整天的卫星机动时，若子网中有任何卫星发生机动，则认为该卫星发生了机动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术一种探测GNSS卫星轨道机动的方法中充分利用GNSS全球观测网数据和广播星历，采用抗差方法，提供了一种更可靠的基于广播星历和全球参考网实现全天候探测卫星机动的单历元解算方法。因此，本专利技术可以全天候对所有卫星进行可靠的单历元机动探测，并且为将来实时卫星机动提供了一个可行的思路。附图说明图1是本专利技术的实施方案流程图。图2是本专利技术实施例中探测卫星机动的测站分布图。图3是本专利技术实施例中在2017/8/25用本专利技术三步法计算出的G09同步伪距残差。图4是本专利技术实施例中在2017/8/25用本专利技术三步法计算出的G09三维误差。图5是本专利技术实施例中在2017/8/25用传统方法计算出的G09同步伪距残差。图6是本专利技术实施例中在2017/9/12用本专利技术三步法计算出的G07同步伪距残差。图7是本专利技术实施例中在2017/9/12用本专利技术三步法计算出的G07三维误差。图8是本专利技术实施例中在2017/9/12用传统方法计算出的G07本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探测GNSS卫星轨道机动的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：通过文件或者网络获取全球测站GNSS观测值和广播星历；第二步：先将全球GNSS观测网分成多个子网，再为每个子网选择一个装备有原子钟的测站作为基准站，其他测站作为参考站，然后将每个子网分线程执行第三步和第四步；第三步：为子网内每个测站构建线性化后的消电离层组合平滑伪距观测方程：

【技术特征摘要】
1.一种探测GNSS卫星轨道机动的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步：通过文件或者网络获取全球测站GNSS观测值和广播星历；第二步：先将全球GNSS观测网分成多个子网，再为每个子网选择一个装备有原子钟的测站作为基准站，其他测站作为参考站，然后将每个子网分线程执行第三步和第四步；第三步：为子网内每个测站构建线性化后的消电离层组合平滑伪距观测方程：式(1)中，表示伪距残差，表示视线方向的单位向量，Δs表示广播星历在径向dr、切向da、法向dc三个方向的误差，dtr表示接收机钟差，dts表示卫星钟差，c表示光速，ε表示噪声；第四步、卫星机动探测：A、根据广播星历提供的轨道和钟差简化式(1)得到式(2)，并根据式(2)计算基准站钟差；式(2)中，m表示基准站接收机，表示方差；则基准站钟差计算步骤如下：A1、计算伪距残差的中位数：式(3)中，s＝1，2，，...，N，N表示基准站观测到的卫星数，median{.}是计算序列的中位数；A2、计算伪距残差的初始残差：A3、计算伪距残差的抗差方差因子：σ0＝median{vs}/0.6745(5)；A4、计算伪距残差的抗差等价权：式(6)中，c0＝2，3，4或者c0＝5；A5、计算基准站钟差：B、当已知基准站接收机钟差后，得到如下式(8)，然后消除其他参考站的接收机钟差；式(8)中，表示基准站m与其他参考站R之间的伪距残差之差，R＝1，2，...J，J表示子网内其他参考站的数量；则消除其他参考站钟差步骤如下：B1、计算的中位数：B2、计算的初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁运斌，叶飞，张宝成，潭冰峰，欧吉坤，
申请(专利权)人：中国科学院测量与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42