基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法技术

本发明专利技术提出了一种基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，通过低轨卫星搭载转发式接收机来测量GEO卫星转发的下行信号到地面站和低轨卫星的时延，辅助地面转发式测轨网对GEO卫星进行精密定轨，提高定轨精度。相比于现有技术，本发明专利技术的地面站上行信号经GEO卫星携带的转发器转发，一路由地面站接收，另一路由作为运动观测站的低轨卫星接收，无需GEO卫星搭载原子钟；本发明专利技术可以人为的创造GEO卫星和运动观测站的相对运动，并且改善GEO的测轨几何因子，实现运动观测站辅助地面转发式测轨网进行联合定轨，提高定轨精度。提高定轨精度。提高定轨精度。

【技术实现步骤摘要】
基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法


[0001]本专利技术属于卫星定轨
，具体涉及一种基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法。

技术介绍

[0002]GEO卫星的高轨、静地特点具有两面性，优势是地面覆盖范围广，因此被广泛应用于通信、气象、导航定位和数据中继等领域；缺陷是与地面站组合形成的星地几何构型固定，且当观测站分布受限于地理条件时，GEO卫星的定轨精度不够理想。
[0003]现有技术使用高精度转发式GEO卫星测定轨技术实现卫星定轨，而该技术中转发式地面站分布受限，地面站与GEO卫星的几何构型变化小，这种静态的伪距观测方式对GEO卫星的动力学约束能力弱，因此对GEO卫星的定轨精度有较大影响。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]第一方面，本专利技术提供的一种基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，应用于地面站，包括：
[0006]根据多个地面站发射上行信号，该信号经待定轨GEO卫星转发后被对应的地面站接收的多个第一观测数据，计算多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距；
[0007]确定目标低轨卫星作为运动观测站，以及获取运动观测站的轨道信息；
[0008]地面站接收运动观测站发送的观测待定轨GEO卫星数据，得到的第二观测数据；
[0009]其中，目标低轨卫星设置有转发式接收机；
[0010]根据第一观测数据以及第二观测数据，计算经待定轨GEO卫星转发的信号到地面站与运动观测站之间的时延；
[0011]利用多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距、某一地面站和运动观测站的时延、各地面站的坐标和运动观测站的轨道信息，结合待定轨GEO卫星的动力学方程对待定轨GEO卫星进行定轨。
[0012]可选的，计算多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距包括：
[0013]对多个第一观测数据进行解析，得到每个地面站发送信号的发送时刻和接收时刻；
[0014]根据每个地面站第一观测数据解析得到的发送时刻和接收时刻，计算每个地面站到待定轨GEO卫星的伪距。
[0015]可选的，根据第一观测数据以及第二观测数据，计算经待定轨GEO卫星转发的信号到地面站与运动观测站的时延包括：
[0016]利用信号相关的处理方法，对第二观测数据以及第一观测数据进行处理，得到GEO卫星到地面站与运动观测站的时延值。
[0017]可选的，某一地面站到待定轨GEO卫星的伪距表示为：
[0018][0019]经GEO转发的信号到某一地面站与运动观测站的时延表示为：
[0020][0021]其中，ρ
s
为地面站到GEO卫星的伪距；t
G
为该地面站向GEO卫星发射信号的时刻；t
s
为GEO卫星转发的信号被该地面站接收的时刻；ρ
GEO
与ρ
LEO
分别为地面站到待定轨GEO卫星的几何距离、待定轨GEO卫星到低轨卫星的几何距离；τ
ins1
、τ
ins2
、τ
ins3
分别为地面站发射上行信号的设备时延、地面站接收待定轨GEO卫星转发下行信号的设备时延和低轨卫星接收待定轨GEO卫星转发下行信号的设备时延；τ
tro1
τ
tro2
分别为地面站上行信号至待定轨GEO卫星路径上的对流层时延、待定轨GEO卫星转发下行信号至地面站路径上的对流层时延，τ
ion1
、τ
ion2
、τ
ion3
分别为地面站上行信号至待定轨GEO卫星路径上的电离层时延，待定轨GEO卫星转发下行信号至地面站路径上的电离层时延和待定轨GEO卫星转发下行信号至低轨卫星路径上的电离层时延；τ
tran
为待定轨GEO卫星上转发器时延；τ
clo
为低轨卫星钟差；τ
eG1
为地面站发射信号，经待定轨GEO卫星转发后下行的信号再到地面站过程中未扣除的系统误差，τ
eG2
为待定轨GEO卫星转发后下行的信号再到地面站过程中未扣除的系统误差，τ
eL
为待定GEO卫星转发的下行信号到低轨卫星过程中未扣除的系统误差，c为光在真空中的传播速度。
[0022]可选的，利用多个地面站到GEO卫星的多个伪距、某一地面站和运动观测站的时延、各地面站的坐标和运动观测站的轨道信息，结合卫星动力学方程对待定轨GEO卫星进行定轨包括：
[0023]建立伪距与待定轨GEO卫星位置坐标的第一关系方程；
[0024]建立时延与待定轨GEO卫星位置坐标的第二关系方程；
[0025]建立待定轨GEO卫星的动力学方程；
[0026]对动力学方程进行求解，得到待定轨卫星GEO的轨道信息。
[0027]其中，第一关系方程表示为：
[0028][0029]第二关系方程表示为：
[0030][0031]动力学方程表示为：
[0032][0033]其中，ρ
s
为待定轨GEO卫星到地面站的伪距；τ
b
‑
c
为待定轨GEO卫星到地面站和低轨卫星的时延；ρ
b
表示待定轨GEO卫星到地面站的距离；ρ
c
为待定轨GEO卫星到低轨卫星的距离；t
i
时刻在地固系下待定轨GEO卫星的位置为(x
si
,y
si
,z
si
)，地面站的坐标为(x
mi
,y
mi
,z
mi
)，运动观测站的位置为(x
ei
,y
ei
,z
ei
)；为待定轨GEO卫星的加速度矢量；为二体问题
作用力；为地心对卫星的吸引力；为月球、太阳和除地球之外的其他行星对卫星的吸引力；为地球非球形部分对卫星的吸引力；为地球潮汐引起地球对卫星引力的变化部分；为相对论效应对卫星运动的影响；为太阳辐射对卫星造成的压力；为地球红外辐射和地球反射太阳光对卫星产生的压力；为地球大气对卫星的阻力；为作用在卫星上的其他作用力。
[0034]可选的，确定目标低轨卫星作为运动观测站以及获取运动观测站的轨道信息包括：
[0035]根据多个低轨卫星观测待定轨GEO卫星的PDOP值，确定PDOP值最小的低轨卫星作为运动观测站；
[0036]通过低轨卫星的精密星历获得作为运动观测站的低轨卫星的轨道以及钟差。
[0037]可选的，根据多个低轨卫星观测待定轨GEO卫星的PDOP值，确定作为运动观测站的低轨卫星包括：
[0038]计算每个低轨卫星与多个地面站观测待定轨GEO卫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，应用于地面站，其特征在于，包括：根据多个地面站发射上行信号，该信号经待定轨GEO卫星转发后被对应的地面站接收的多个第一观测数据，计算多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距；确定目标低轨卫星作为运动观测站，以及获取运动观测站的轨道信息；地面站接收运动观测站发送的观测待定轨GEO卫星数据，得到的第二观测数据；其中，目标低轨卫星设置有转发式接收机；根据第一观测数据以及第二观测数据，计算经待定轨GEO卫星转发的信号到地面站与运动观测站之间的时延；利用多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距、某一地面站和运动观测站的时延、各地面站的坐标和运动观测站的轨道信息，结合待定轨GEO卫星的动力学方程对待定轨GEO卫星进行定轨。2.根据权利要求1所述的基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，其特征在于，所述计算多个地面站到待定轨GEO卫星的多个伪距包括：对多个第一观测数据进行解析，得到每个地面站发送信号的发送时刻和接收时刻；根据每个地面站第一观测数据解析得到的发送时刻和接收时刻，计算每个地面站到待定轨GEO卫星的伪距。3.根据权利要求1所述的基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，其特征在于，所述根据第一观测数据以及第二观测数据，计算经待定轨GEO卫星转发的信号到地面站与运动观测站的时延包括：利用信号相关的处理方法，对所述第二观测数据以及第一观测数据进行处理，得到GEO卫星到地面站与运动观测站的时延值。4.根据权利要求3所述的基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，其特征在于，某一地面站到待定轨GEO卫星的伪距表示为：经GEO转发的信号到某一地面站与运动观测站的时延表示为：其中，ρ
s
为地面站到GEO卫星的伪距；t
G
为该地面站向GEO卫星发射信号的时刻；t
s
为GEO卫星转发的信号被该地面站接收的时刻；ρ
GEO
与ρ
LEO
分别为地面站到待定轨GEO卫星的几何距离、待定轨GEO卫星到低轨卫星的几何距离；τ
ins1
、τ
ins2
、τ
ins3
分别为地面站发射上行信号的设备时延、地面站接收待定轨GEO卫星转发下行信号的设备时延和低轨卫星接收待定轨GEO卫星转发下行信号的设备时延；τ
tro1
τ
tro2
分别为地面站上行信号至待定轨GEO卫星路径上的对流层时延、待定轨GEO卫星转发下行信号至地面站路径上的对流层时延，τ
ion1
、τ
ion2
、τ
ion3
分别为地面站上行信号至待定轨GEO卫星路径上的电离层时延，待定轨GEO卫星转发下行信号至地面站路径上的电离层时延和待定轨GEO卫星转发下行信号至低轨卫星路径上的电离层时延；τ
tran
为待定轨GEO卫星上转发器时延；τ
clo
为低轨卫星钟差；τ
eG1
为地面站发射
信号，经待定轨GEO卫星转发后下行的信号再到地面站过程中未扣除的系统误差，τ
eG2
为待定轨GEO卫星转发后下行的信号再到地面站过程中未扣除的系统误差，τ
eL
为待定GEO卫星转发的下行信号到低轨卫星过程中未扣除的系统误差，c为光在真空中的传播速度。5.根据权利要求1所述的基于低轨卫星辅助的非导航GEO卫星转发式测定轨方法，其特征在于，所述利用多个地面站到GEO卫星的多个伪距、某一地面站和运动观测站的时延、各地面站的坐标和运动观测站的轨道信息，结合卫星动力学方程对待定轨GEO卫星进行定轨包括：建立伪距与待定轨GEO卫星位置坐标的第一关系方程；建立时延与待定轨GEO卫星位置坐标的第二关系方程；建立待定轨GEO卫星的动力学方程；对所述动力学方程进行求解，得到待定轨卫星GEO的轨道信息。6.根据权利要求1所述的基于低轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭海，南凯，王源昕，雷辉，曹芬，刘佳，马浪明，李志刚，李伟超，成璇，陈亮，王伟，王霄，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：