一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法技术

本发明专利技术涉及一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法，包括：S100、通过轨道拟合得到太阳光压参数时间序列和卫星轨道初始状态序列；S200、对所述太阳光压参数时间序列进行分析，建立光压参数模型，获得光压参数模型系数；S300、利用所述卫星轨道初始状态序列和所述光压参数模型系数进行轨道长期预报；S400、将预报轨道与精密轨道进行比较，获得所述预报轨道的精度评估。本发明专利技术的轨道预报方法可实现适用于30天至90天的长期轨道高精度预报。于30天至90天的长期轨道高精度预报。于30天至90天的长期轨道高精度预报。

【技术实现步骤摘要】
一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法


[0001]本专利技术涉及定位
，尤其涉及一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法。

技术介绍

[0002]导航卫星利用预报的广播星历为地表及近地用户提供定位服务，进而实现空间基准的高精度传递。导航卫星轨道预报是导航服务数据处理的一个重要环境。目前导航卫星广播星历更新周期为小时量级，如GPS采用每天注入，每两小时的方式，北斗采用一小时注入更新的方式。因此，导航服务数据处理中轨道预报只关注一天甚至小时级的轨道短期预报精度即可。轨道短期预报三维位置误差在分米量级。目前对导航卫星轨道的长期高精度预报需求较低，通常导航星轨道的长期预报主要用于地面接收机信号快速捕获、星座轨位维持，对预报轨道精度要求在公里量级。
[0003]为提高空间段和用户端自主性，面向导航服务需求的轨道长期预报相关研究工作已经开展。德国航空航天中心(DLR)O.Montenbruck等学者研究了针对14天轨道预报需求的数据处理方法。论文提出了利用2天弧长轨道直角坐标数据进行轨道拟合并预报，估计的动力学参数包括初始轨道状态(位置、速度)以及太阳光压ECOM
‑
1模型的三个参数。利用上述轨道预报方法获得的轨道结果与精密轨道比较，第14天轨道径向误差均方根(RMS)优于2m，轨道空间信号精度(SISREorb)优于30m。该方法为14天轨道预报提供了一种可行的数据处理方法，本质上是用短弧(2天)动力学特性进行建模，并预报较长时段卫星运动。从评估轨道精度看，从预报1天到14天，轨道径向及空间信号精度快速衰减。考虑到导航卫星在轨动力学特性除受地球引力、日月引力等较易精确建模的摄动力影响外，还受太阳光压影响较大。可见，利用上述方法和较短弧段难以对太阳光压长期变化规律建模，无法实现更长时段(14天以上)的轨道预报。针对百米量级精度的轨道长期预报，如30天、60天、90天等，还尚无较好的解决方案。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术对14天以上轨道预报精度低的问题，本专利技术提供一种导航中轨道卫星(MEO)轨道长期预报方法，可实现适用于30天至90天的长期轨道高精度预报。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法，包括：
[0007]S100、通过轨道拟合得到太阳光压参数时间序列和卫星轨道初始状态序列；
[0008]S200、对所述太阳光压参数时间序列进行分析，建立光压参数模型，获得光压参数模型系数；
[0009]S300、利用所述卫星轨道初始状态序列和所述光压参数模型系数进行轨道长期预报；
[0010]S400、将预报轨道与精密轨道进行比较，获得所述预报轨道的精度评估。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述S100包括：
[0012]S110、采用五参数ECOM模型描述太阳光压摄动；
[0013]S120、以事后精密星历为伪观测值，往后滑动一天生成一组具有一定弧长的观测量；
[0014]S130、采用动力学拟合方法得到太阳光压参数和卫星轨道初始状态；
[0015]S140、重复所述S120～S130，得到全年各天的太阳光压参数时间序列和卫星轨道初始状态序列。
[0016]根据本专利技术的一个方面，所述卫星轨道初始状态包括卫星轨道的初始位置和初始速度。
[0017]根据本专利技术的一个方面，所述卫星轨道初始状态通过10天弧长轨道拟合得到。
[0018]根据本专利技术的一个方面，所述S200包括：
[0019]S201、采用傅立叶级数和基于太阳与卫星轨道面间夹角的方法，分别对所述太阳光压参数时间序列建立光压参数模型；
[0020]S202、基于太阳与卫星轨道面间夹角剔除地影期间数据；
[0021]S203、根据剔除后的数据，采用最小二乘法拟合光压参数模型系数。
[0022]根据本专利技术的一个方面，所述S201中，采用傅立叶级数的方法对所述太阳光压参数时间序列建立的光压参数模型采用以下二阶傅里叶级数模型：
[0023][0024]其中，a0为常数项，a
n
为n阶余弦周期项系数，b
n
为n阶正弦周期项系数，P为轨道周期，轨道周期分别为年和半年。
[0025]根据本专利技术的一个方面，所述S201中，基于太阳与卫星轨道面间夹角为β角，由以下公式计算：
[0026][0027]其中，为卫星位置，为卫星速度，为太阳位置；
[0028]所述S201中，采用基于太阳与卫星轨道面间夹角的方法对所述太阳光压参数时间序列建立的光压参数模型为：
[0029]F(β)＝A+B sinβ+C/sinβ+D cosβ
[0030]其中，A为常数项，B为太阳高度角正弦周期项系数，C为太阳高度角正弦倒数周期项系数，D为太阳高度角弦周期项系数。
[0031]根据本专利技术的一个方面，所述S300包括：
[0032]S301、读取所述光压参数模型系数和通过轨道拟合得到的太阳光压参数，利用动力学模型对卫星轨道初始状态进行轨道积分，得到第一天的轨道预报结果；
[0033]S302、读取所述光压参数模型系数和前一天的轨道预报结果，通过计算得到太阳光压参数，根据前一天的轨道预报结果确定当天轨道的初始状态，利用动力学模型对所述当天轨道的初始状态进行轨道积分；
[0034]S303、重复所述S302，直至完成所有的轨道预报。
[0035]根据本专利技术的一个方面，所述S400中的精密轨道由精密星历轨道拟合获得。
[0036]根据本专利技术的一个方面，所述S400中，所述预报轨道的精度评估包括：笛卡尔坐标精度评估和轨道平面定向精度评估，
[0037]将预报轨道与精密轨道的三维直角坐标进行比较，获得所述笛卡尔坐标精度评估，具体如下：
[0038]dX(t)＝X
pre
(t)
‑
X
sp3
(t)
[0039]其中，X
pre
(t)为预报轨道的三维直角坐标，X
sp3
(t)为精密轨道的三维直角坐标，dX(t)为二者互差；
[0040]将预报轨道与精密轨道的三维直角坐标转换为轨道平面坐标系，再进行比较，获得所述轨道平面定向精度评估，具体如下：
[0041]dRTN(t)＝RNT
pre
(t)
‑
RTN
sp3
(t)
[0042][0043]RNT
pre
(t)＝(e
x
,e
y
,e
z
)X
pre
(t)
[0044]RNT
sp3
(t)＝(e
x
,e
y
,e
z
)X
sp3
(t)
[0045本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导航中轨道卫星轨道长期预报方法，包括：S100、通过轨道拟合得到太阳光压参数时间序列和卫星轨道初始状态序列；S200、对所述太阳光压参数时间序列进行分析，建立光压参数模型，获得光压参数模型系数；S300、利用所述卫星轨道初始状态序列和所述光压参数模型系数进行轨道长期预报；S400、将预报轨道与精密轨道进行比较，获得所述预报轨道的精度评估。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S100包括：S110、采用五参数ECOM模型描述太阳光压摄动；S120、以事后精密星历为伪观测值，每往后滑动一天生成一组具有一定弧长的观测量；S130、采用动力学拟合方法得到太阳光压参数和卫星轨道初始状态；S140、重复所述S120～S130，得到全年各天的太阳光压参数时间序列和卫星轨道初始状态序列。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星轨道初始状态包括卫星轨道的初始位置和初始速度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星轨道初始状态通过10天弧长轨道拟合得到。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S200包括：S201、采用傅立叶级数和基于太阳与卫星轨道面间夹角的方法，分别对所述太阳光压参数时间序列建立光压参数模型；S202、基于太阳与卫星轨道面间夹角剔除地影期间数据；S203、根据剔除后的数据，采用最小二乘法拟合光压参数模型系数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S201中，采用傅立叶级数的方法对所述太阳光压参数时间序列建立的光压参数模型采用以下二阶傅里叶级数模型：其中，a0为常数项，a
n
为n阶余弦周期项系数，b
n
为n阶正弦周期项系数，P为轨道周期，轨道周期分别为年和半年。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S201中，基于太阳与卫星轨道面间夹角为β角，由以下公式计算：其中，为卫星位置，为卫星速度，为太阳位置；所述S201中，采用基于太阳与卫星轨道面间夹角的方法对所述太阳光压参数时间序列建立的光压参数模型为：F(β)＝A+B sinβ+C/sinβ+D cosβ其中，A为常数项，B为太阳高度角正弦周期项系数，C为太阳高度角正弦倒数周期项系数，D为太阳高度角弦周期项系数。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S300包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，唐成盼，周巍，蔡洪亮，周善石，胡小工，朱永兴，
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：