基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法技术

本发明专利技术涉及一种基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法，包括以下步骤：S1、获取卫星之间的星间闭环链路；S2、获取所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据，基于所述星间双向距离观测数据计算得到所述卫星之间的星间相对钟差测量值；S3、采用插值计算，将位于不同时刻的所述星间相对钟差测量值内插至同一时刻，以实现时间对齐；S4、利用时间对齐后的所述星间相对钟差测量值，计算得到各条所述星间闭环链路的闭合残差；S5、利用各条所述星间闭环链路的闭合残差进行平差计算，得到经过修正之后的星间相对钟差。本发明专利技术的方案能够消除卫星星间相对钟差之间不闭合的现象，减少星间相对钟差的随机噪声，提高星间相对钟差的测定精度。

【技术实现步骤摘要】
基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法
本专利技术涉及一种卫星钟差平差修正方法，尤其涉及一种基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法。
技术介绍
为实现全球覆盖和服务的建设目标，我国北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3NavigationSatelliteSystem，BDS-3)必须对全球均匀分布的中轨道(MediumEarthOrbit，MEO)导航卫星进行准确的定轨和时间同步。然而由于政治和地理等因素影响，BDS-3无法像美国GPS或欧洲Galileo系统那样全球广泛布设地面监测站，仍需主要通过区域地面监测网完成对卫星轨道和钟差的测定。计算表明，中国境内区域监测网对北斗MEO卫星的有效跟踪弧段不足全弧段的40％，严重影响卫星轨道和钟差测定精度以及系统服务性能。因此，采用星间链路(Inter-SatelliteLink，ISL)来弥补境内区域监测网对卫星跟踪和覆盖的不足，实现境外卫星定轨与时间同步，成为BDS-3提供全球化服务的必然技术选择。2015年3月至2016年2月，我国完成了由3颗MEO卫星和3颗倾斜地球同步轨道(InclinedGeoSynchronousOrbit，IGSO)卫星组成的北斗全球系统试验系统，首次搭载Ka波段时分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)体制星间链路载荷设备并开展了关键技术验证。北斗星间链路载荷通过相控阵天线实现信号接收、发射和波束指向控制，提供两颗卫星之间的分米级双向单程测量及高速通信，同一星间链路终端可在不同时间完成与不同卫星之间的相互建链。基于星间链路技术，北斗三号系统成功实现了境内、境外卫星的星地-星间测量联合定轨，以及基于星间相对钟差测量的境外卫星时间同步，奠定了全球服务的基础。根据规划，北斗三号系统将提供共计七种类型的服务，其中包括主要面向高完好性应用的星基增强(SatelliteBasedAugmentationSystem，SBAS)服务以及主要面向高精度应用的精密单点定位(PrecisePointPositioning，PPP)服务。北斗SBAS服务将先期达到国际民航组织(InternationalCivilAviationOrganization，ICAO)一类垂直引导进近(ApproachwithVerticalGuidance，APV-I)性能等级，然后实现一类精密进近(CategoryIPrecisionApproach，CAT-I)性能等级；PPP服务则分两阶段建设，第一阶段(2020年)为我国及周边地区提供分米级增强定位服务，第二阶段(2020年后)向海外拓展，并进一步提升精度、缩短收敛时间。北斗SBAS、PPP等服务的不断建设和发展是应对国际卫星导航增强服务竞争的重要举措。但于此同时，它们也对系统星间链路测量以及卫星定轨与时间同步能力提出了更高的要求和挑战。目前，北斗系统在轨运行实际数据表明，在星载星间链路设备收发时延已经标定的情况下，Ka波段星间观测量仍具有0.1m(均方根，RMS)左右的测距误差，星间链路中仍存在显著的误差残余。因此，在现有能力基础上，进一步消除星间链路误差残余、提高卫星钟差测定精度具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法，用于解决卫星星间钟差的测定精度低的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法，包括以下步骤：S1、获取卫星之间的星间闭环链路；S2、获取所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据，基于所述星间双向距离观测数据计算得到所述卫星之间的星间相对钟差测量值；S3、采用插值计算，将位于不同时刻的所述星间相对钟差测量值内插至同一时刻，以实现时间对齐；S4、利用时间对齐后的所述星间相对钟差测量值，计算得到各条所述星间闭环链路的闭合残差；S5、利用各条所述星间闭环链路的闭合残差进行平差计算，得到经过修正之后的星间相对钟差。根据本专利技术的一个方面，步骤S1中，获取所述星间闭环链路的步骤中，基于境内某颗卫星出发进行星间测量，经过若干境外卫星后最终回到境内的所述卫星。根据本专利技术的一个方面，步骤S2中包括：S21、对所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据进行预处理，剔除数据粗差；S22、对所述星间双向距离观测数据中的系统误差项进行模型改正；S23、利用卫星运行参数初值以及预处理和系统误差项改正之后的所述星间双向距离观测数据，计算得到所述卫星之间的所述星间相对钟差测量值。根据本专利技术的一个方面，步骤S4中，基于所述星间链路，获取两两卫星之间的所述星间相对钟差测量值，基于所述星间相对钟差测量值获取所述星间闭环链路的闭合残差，所述闭合残差为：δΔt123Ln＝Δt12+Δt23+L+Δtn1其中，δΔt123Ln表示星间闭环链路的闭合残差，选定所述星间闭环链路中的一颗卫星为第一卫星，则Δt12表示所述星间闭环链路中第一卫星与第二卫星之间的星间相对钟差测量值，Δt23表示所述星间闭环链路中第二卫星与第三卫星之间的星间相对钟差测量值，以此类推，Δtn1表示所述星间闭环链路中第n卫星与第一卫星之间的星间相对钟差测量值。根据本专利技术的一个方面，步骤S5中包括：S51、以所述星间闭环链路的闭合残差为观测量；S52、以某一卫星为目标卫星，以其他卫星相对于所述目标卫星的星间相对钟差为待估参数，采用间接平差方法求解，从而完成对所述卫星星间钟差的平差修正。根据本专利技术的一个方面，步骤S22中，所述系统误差项包括天线相位中心、相对论效应、日月引力和太阳光压力。根据本专利技术的一个方面，步骤S52中，基于所述间接平差方法构建用于计算所述待估参数的误差方程，其表示为：其中，L为所述星间闭环链路的闭合残差观测量向量，V为误差观测量向量，l为误差方程自由项；假设当前共存在m条不同所述星间闭环链路、涉及n颗不同所述卫星，则L、V和l的维数均为m×1，X0为所述待估参数X的近似值向量，为所述待估参数的改正值向量，维数均为(n-1)×1。A为系数矩阵，维数为m×(n-1)。根据本专利技术的一个方面，当所述各观测量取等权模型时，所述待估参数的改正值向量为：将所述待估参数的改正值向量代入所述待估参数的所述误差方程，计算得到所述误差观测量向量V，并分别修正得到所述星间闭环链路的闭合残差观测量向量L的平差值以及所述待估参数X的平差值根据本专利技术的一个方面，所述待估参数X的近似值向量X0的初值可取为零，并迭代计算得到所述待估参数X的平差值根据本专利技术的一种方案，本专利技术的方案解决了闭环链路中存在的各类误差因素影响提高了各卫星星间钟差的测定精度。根据本专利技术的一种方案，提供了一个能够准确识别星间链路中系统累计误差的参考约束条件，通过开展闭环残差检测和整网平差处理，能够在不增加系统额外设备和硬件代价的前提下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法，包括以下步骤：/nS1、获取卫星之间的星间闭环链路；/nS2、获取所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据，基于所述星间双向距离观测数据计算得到所述卫星之间的星间相对钟差测量值；/nS3、采用插值计算，将位于不同时刻的所述星间相对钟差测量值内插至同一时刻，以实现时间对齐；/nS4、利用时间对齐后的所述星间相对钟差测量值，计算得到各条所述星间闭环链路的闭合残差；/nS5、利用各条所述星间闭环链路的闭合残差进行平差计算，得到经过修正之后的星间相对钟差。/n

【技术特征摘要】
1.基于星间链路闭环残差检测的卫星钟差平差修正方法，包括以下步骤：
S1、获取卫星之间的星间闭环链路；
S2、获取所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据，基于所述星间双向距离观测数据计算得到所述卫星之间的星间相对钟差测量值；
S3、采用插值计算，将位于不同时刻的所述星间相对钟差测量值内插至同一时刻，以实现时间对齐；
S4、利用时间对齐后的所述星间相对钟差测量值，计算得到各条所述星间闭环链路的闭合残差；
S5、利用各条所述星间闭环链路的闭合残差进行平差计算，得到经过修正之后的星间相对钟差。


2.根据权利要求1所述的基于星间链路闭合残差检测的卫星星间钟差平差修正方法，其特征在于，步骤S1中，获取所述星间闭环链路的步骤中，从境内某颗卫星出发进行星间测量，经过若干境外卫星后最终回到境内的所述卫星。


3.根据权利要求1所述的基于星间链路闭环检测的卫星星间钟差平差修正方法，其特征在于，步骤S2中包括：
S21、对所述星间闭环链路中两两卫星之间的星间双向距离观测数据进行预处理，剔除数据粗差；
S22、对所述星间双向距离观测数据中的系统误差项进行模型改正；
S23、利用卫星运行参数初值以及预处理和系统误差项改正之后的所述星间双向距离观测数据，计算得到所述卫星之间的所述星间相对钟差测量值。


4.根据权利要求1所述的基于星间链路闭合残差检测的卫星星间钟差平差修正方法，其特征在于，步骤S4中，基于所述星间链路，获取两两卫星之间的所述星间相对钟差测量值，基于所述星间相对钟差测量值获取所述星间闭环链路的闭合残差，所述闭合残差为：
δΔt123Ln＝Δt12+Δt23+L+Δtn1
其中，δΔt123Ln表示星间闭环链路的闭合残差，选定所述星间闭环链路中的一颗卫星为第一卫星，则Δt12表示所述星间闭环链路中第一卫星与第二卫星之间的星间相对钟差测量值，Δt23表示所述星间闭环链路中第二卫星与第三卫星之间的星间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成，高为广，潘军洋，胡小工，唐成盼，卢鋆，王威，宿晨庚，陈颖，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11