空间基准评估方法及空间基准评估系统技术方案

本发明专利技术涉及一种空间基准评估方法及空间基准评估系统，包括以下步骤：获取广播星历与精密星历计算第一组七参数；利用广播星历、PPP

【技术实现步骤摘要】
空间基准评估方法及空间基准评估系统


[0001]本专利技术涉及空间基准评估
，具体涉及一种空间基准评估方法及空间基准评估系统。

技术介绍

[0002]卫星导航系统的坐标框架实现和维持的精度决定其高精度稳定服务以及兼容互操作性能。目前国际四大GNSS导航系统(北斗导航系统(BDS)、GPS、GLONASS、Galileo)各自实现的坐标参考框架分别为BDCS、WGS84、PZ90.11、和GTRF。这几种坐标框架均采用卫星大地测量技术实现监测站坐标估计，实现定期向国际地球参考框架(International Terrestrial Reference Frame,ITRF)的毫米级对齐，由此实现空间基准的高精度和各系统间兼容互操作性。各导航系统坐标框架实现时采用的台站中包含自己系统内的监测台站，这些监测台站的信息是不对导航用户公开，这对于有实时需求的导航用户来说，是无法直接采用这些坐标框架并对其精度进行评估。
[0003]目前BDS
‑
3向全球及中国周边地区提供7种类型服务，其中通过卫星播发的导航服务包括向全球提供米级的导航定位授时服务(RNSS)和分米至厘米级精密单点定位服务(PPP
‑
B2b)。BDCS为各类服务提供毫米级空间基准，可以通过RNSS和PPP
‑
B2b服务以不同精度将BDCS传递到全球和中国及周边地区的导航用户。
[0004]广播星历是基于各系统的空间基准实现和维持，精密星历的空间基准目前主要由IGS14维持，IGS14与ITRF2014保持一致，因此可以通过计算各系统的广播星历与精密星历之间七参数(3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度因子)来评估导航系统空间基准实现的精度。
[0005]中国科学院上海天文台刘宇宸等人采用2019年1月BDS广播星历和上海天文台事后处理精度星历，计算两种星历中卫星轨道之间的七参数，BDS的广播星历是基于BDCS，因此结果表明BDCS与ITRF的对齐精度为厘米级。美国国家地理空间局Malys等人利用2019年7月至9月共8周广播星历与精密轨道产品进行比较，通过计算两种轨道产品之间的平移和旋转参数的方法对各GNSS系统空间基准实现精度进行评估。评估BDS广播星历时，精密轨道采用武汉大学提供的产品，评估其他GNSS系统，精密轨道采用德国地球科学研究中心(GFZ)提供的产品。结果表明BDCS与IGS14差异精度约为6cm，与GPS的精度相当。武汉大学Guo Chen等人也通过各系统的广播星历与精密星历(GFZ)进行比较，结果表明BDS广播星历参考框架与ITRF2014的一致性可达10cm。
[0006]各系统的空间基准存在着误差，原因也有多种，其中包括地面参考框架、卫星轨道的误差以及地球自转参数等。现有的研究方法主要包括采用卫星大地测量技术实现地面监测站坐标估计并向ITRF对齐、采用广播星历、PPP
‑
B2b电文和精密星历比较方法对空间基准实现和维持精度进行评估，但是没有明确影响空间基准精度的误差源。

技术实现思路

[0007]鉴于上述技术问题，本专利技术的目的为提供一种空间基准评估方法及空间基准评估系统，明确影响空间基准精度的误差源。
[0008]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种空间基准评估方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1、获取广播星历与精密星历，计算第一组七参数；
[0010]步骤S2、利用广播星历、PPP
‑
B2b电文轨道改正数及精密星历计算第二组七参数；
[0011]步骤S3、利用PPP
‑
B2b服务解算地面站坐标与IGS精密坐标计算第三组七参数；
[0012]步骤S4、利用广播星历中的ERP参数与IERS C04参数计算ERP预报误差；
[0013]步骤S5、将第一组七参数、第二组七参数和第三组七参数分别与ERP预报误差进行比较，并分析相关性。
[0014]根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤S1中，具体包括：
[0015]步骤S11、通过Helmet转换参数得到北斗卫星导航系统的坐标框架与ITRF2014/IGS14框架之间的差异，公式为：
[0016]X
GNSS
＝X
trans
+(1+X
scale
)*X
rotate
*X
itrf
[0017]其中，X
trans
为3个平移参数，X
scale
为尺度因子，X
rotate
为3个旋转参数，X
GNSS
为导航系统坐标框架下的卫星位置，X
itrf
为台站或者卫星在ITRF2014/IGS14坐标框架下的当前历元位置；
[0018]步骤S12、利用精密星历提供的卫星质心坐标和广播星历提供的卫星天线相位中心的位置进行比较前，需进行卫星天线相位中心到质心的改正，相位中心改正模型为：
[0019][0020]其中，R
ciscts
为惯性系与地固系转换旋转矩阵，x
phs
、y
phs
、z
phs
为星固坐标系下卫星天线相位中心偏差，X、Y、Z为卫星天线相位中心改正值；
[0021]步骤S13、根据北斗卫星姿态控制模式，计算星固系在惯性系中的单位向量；
[0022]步骤S14、利用星固系在惯性系中的单位向量和相位中心改正模型完成质心到卫星天线相位中心到质心的改正；
[0023]步骤S15、结合步骤S11中北斗卫星导航系统的空间基准与ITRF2014/IGS14框架之间的差异，计算得到平移参数、旋转参数和尺度因子，评估BDCS的精度。
[0024]根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤S13中，卫星类型不同，卫星星固坐标系的指向不同，
[0025]在IGSO/MEO卫星星固坐标系下，姿态控制模型Z轴指向地心，Y轴是Z轴与卫星至太阳方向叉乘方向，X轴与Y、Z呈右手系，所述星固系在惯性系中的单位向量计算公式为：
[0026][0027]其中，为惯性系中卫星位置向量，为惯性系中太阳位置向量；
[0028]在GEO卫星星固坐标系下，姿态控制模型Z轴指向地心，Y轴是Z轴与卫星速度方向叉乘方向，X轴与Y、Z呈右手系，所述星固系在惯性系中的单位向量的计算公式为：
[0029][0030]其中，为卫星在惯性系下的位置向量，为卫星在惯性系下的速度向量。
[0031]根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤S2中，还包括计算导航系统卫星轨道修正后的卫星位置，具体步骤为：
[0032]步骤S201、获取PPP
‑
B2b电文数据中的卫星轨道改正数；
[0033]步骤S202、将卫星轨道改正数与广播星历中卫星轨道位置相加，得到导航系统坐标框架下卫星轨道修正后的位置。
[0034]根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间基准评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取广播星历与精密星历，计算第一组七参数；步骤S2、利用广播星历、PPP
‑
B2b电文轨道改正数及精密星历计算第二组七参数；步骤S3、利用PPP
‑
B2b服务解算地面站坐标与IGS精密坐标计算第三组七参数；步骤S4、利用广播星历中的ERP参数与IERS C04参数计算ERP预报误差；步骤S5、将第一组七参数、第二组七参数和第三组七参数分别与ERP预报误差进行比较，并分析相关性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，具体包括：步骤S11、通过Helmet转换参数得到北斗卫星导航系统的坐标框架与ITRF2014/IGS14框架之间的差异，公式为：X
GNSS
＝X
trans
+(1+X
scale
)*X
rotate
*X
itrf
其中，X
trans
为3个平移参数，X
scale
为尺度因子，X
rotate
为3个旋转参数，X
GNSS
为导航系统坐标框架下的台站/卫星位置，X
itrf
为台站或者卫星在ITRF2014/IGS14坐标框架下的当前历元位置；步骤S12、利用精密星历提供的卫星质心坐标和广播星历提供的卫星天线相位中心的位置进行比较前，需进行卫星天线相位中心到质心的改正，相位中心改正模型为：其中，R
ciscts
为惯性系与地固系转换旋转矩阵，x
phs
、y
phs
、z
phs
为星固坐标系下卫星天线相位中心偏差，X、Y、Z为卫星天线相位中心改正值；步骤S13、根据北斗卫星姿态控制模式，计算星固系在惯性系中的单位向量；步骤S14、利用星固系在惯性系中的单位向量和相位中心改正模型完成质心到卫星天线相位中心到质心的改正；步骤S15、结合步骤S11中北斗卫星导航系统的空间基准与ITRF2014/IGS...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲伟菁，刘利，徐君毅，周善石，胡小工，
申请(专利权)人：中国人民解放军三二零二一部队，
类型：发明
国别省市：