[发明专利]基于广播星历参数外推的卫星轨道中长期预报方法和系统

说明书

技术领域

    本发明涉及卫星导航系统中卫星轨道中长期预报技术领域，具体涉及一种基于广播星历参数外推的卫星轨道中长期预报方法和系统。

背景技术

当前GNSS全球卫星导航系统，卫星轨道等信息均是通过地面测定轨系统解算后将短期预报结果注入卫星的。为了防止战时地面设施被摧毁，增强系统的生存能力，美国早在1984年就提出了自主导航的概念，通过星间链路、精密测距实现星上自主定轨，该技术已在BLOCK IIR及后续卫星得到应用，正在建设中的GALILEO与升级中的GLONASS也采用了这一技术。

自主导航需要地面预报一定时长的卫星轨道数据上传至卫星。传统的轨道预报方法是通过对卫星进行动力学建模来实现轨道预报的，如光压模型，神经网络混合模型，加入经验力模型等。这些模型对短期预报是非常有效的，但应用于轨道中长期预报，轨道预报质量随时间延长迅速变差，自主导航中的轨道中长期预报需要探索新的方法。美国提出的自主导航定轨是基于星间测距来实现的，定轨的精度取决于力学模型准确度和星间测距精度。由于卫星的受力模型非常复杂，精确建立卫星受力模型涉及到天文学、地球动力学、卫星学科以及与之相关的各种交叉学科理论和技术。

发明内容

为了探索更为简便有效的轨道预报方法，对广播星历轨道参数逐一进行了长期分析，发现其变化具有很强的规律性，基于这些周期性和趋势性的变化特点，本发明提供一种基于卫星广播星历参数外推的中长期轨道预报方法和系统。

本发明的技术方案：

    一种基于广播星历参数外推的卫星轨道中长期预报方法，包括：

    利用广播星历数据，选取一定时长的广播星历参数建立ARMA模型；

    运用ARMA模型进行未来一定时长内的广播星历参数预报；

    根据未来一定时长内的某时刻广播星历参数预报值解算出该时刻的本卫星轨道坐标。

    一种基于广播星历参数外推的卫星轨道中长期预报方法，包括：

    利用广播星历数据，选取一定时长的广播星历参数建立ARMA模型和滑动窗模型；

    运用ARMA模型和滑动窗模型联合进行未来一定时长内的广播星历参数预报；

    根据未来一定时长内的某时刻广播星历参数预报值解算出该时刻的本卫星轨道坐标。

    所述的ARMA模型用于预报                                               、、、、、、、、和参数，所述的滑动窗模型用于预报和参数。

所述的广播星历数据采用IGS提供的广播星历数据。

    一种基于广播星历参数外推的卫星轨道中长期预报系统，包括：

    利用广播星历数据，选取一定时长的广播星历参数建立ARMA模型和滑动窗模型的装置；

    运用ARMA模型或者ARMA模型和滑动窗模型的联合来进行未来一定时长内的广播星历参数预报的装置；

    根据未来一定时长内的某时刻广播星历参数预报值解算出该时刻的本卫星轨道坐标的装置。

本发明的有益效果：

（1）本发明不涉及卫星的复杂动力学模型，而是充分利用了其比较成熟的历史轨道观测资料，是一种简单有效的轨道预报方法，以GPS卫星PRN02为例采用该方法进行25天的卫星轨道预报误差控制在150米以内，取得了较为理想的预报效果。

（2）本发明仅需对轨道参数进行分析，避开其他未知因素的影响，简单有效的代替了自主定轨方法中普遍存在的通过复杂动力学建模进行卫星轨道预报的过程。

附图说明

图1描述了卫星轨道参数()的变化情况。

图2描述了ARMA模型预报轨道参数的处理过程。

图3为滑动窗模型平滑预报示意图。

图4为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图5为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图6为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图7为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图8为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图9为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图10为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图11为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。

图12为卫星轨道参数（）25天的预测效果仿真图。