[发明专利]一种确定导航卫星轨道和钟差的方法

说明书

本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种确定导航卫星轨道和钟差的方法。该方法对卫星钟差用多项式模型进行表示，使得在同一时间窗内的非同时观测的数据对应共同的钟差参数，从而能够采用已知的方法将星间单程伪距观测数据和地面监测站观测数据进行平差以确定导航卫星轨道和钟差。与已知的仅用地面监测站数据确定导航卫星轨道和钟差的方法相比，本发明可显著提高区域监测站情况下的导航卫星轨道和钟差确定精度；与已知的利用星间伪距和观测量进行定轨的方法以及利用伪距差观测量进行时间同步的方法相比，本发明直接采用原始单程伪距观测数据，不需要对星间伪距观测数据进行历元归化和计算所谓的伪距和或伪距差观测量，具有更高的数据利用率，可以获得更自洽轨道和钟差结果。本方面的方法还可以估计出星间链路收发设备相对于导航信号设备的硬件时延偏差。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，具体涉及一种确定导航卫星轨道和钟差的方法。

背景技术

众所周知，全球或区域导航卫星系统(如GPS、Galileo、GLONASS、BDS-2/3、QZSS等)由包括部署在地面的运行控制中心、监测站和运行在地球轨道上的若干卫星构成。常见的导航卫星轨道包括MEO(高度约20000km)、GEO和IGSO(高度约36000km)轨道，也可以是其他高度的轨道。每一颗所述卫星都搭载有高稳定性的原子钟，以及向用户发送定位信号的导航信号设备，所述定位信号包括用户可进行测量的载波和调制于其上的测距码(通常为伪随机码)以及导航电文。用户接收机同时接收四颗以上所述卫星的信号、进行电磁波测量就可实现定位、测速或授时。所述导航电文包括用户进行定位测速授时所需的卫星轨道和时钟偏差(钟差)信息。这些信息通常由所述运行控制中心收集地面监测站(装备有高性能用户接收机)所获得的观测数据(包括码伪距和载波相位)，通过精确建模和参数估计确定出卫星的轨道和钟差，并进行预报后上注到所述卫星。

为了使得上述轨道和钟差信息足够精确，通常需要广泛布设地面监测站(例如GPS、Galileo系统的监测站较均匀地分布于全球)以使每颗上述卫星在尽可能长的时间内被尽可能多的监测站观测到。上述监测站通常部署于陆地之上，由于地球表面陆海分布不均，国际政治外交关系和安全等因素，常常无法实现理想的监测站分布(例如中国的BDS-2/3系统的监测站主要部署于中国境内，几乎没有境外监测站)。为了保证在监测站数量不足、分布不理想或者监测站受损的情况下，导航卫星系统仍能够提供高精度的所述轨道和钟差信息，有的导航卫星(如GPS系统BLOCK IIR之后的卫星、BDS-3卫星)设计并实现了星间链路(星间通信和测距)功能。

已知的，监测站接收机可以同时获得所有可观测卫星的码伪距和载波相位观测数据，不同监测站通过跟踪卫星信号实现时间同步(不同接收机的时间同步精度可以达到1ms，通常更高)，按照预设的采样间隔进行同步观测，因此不同地面监测站在同一采样时刻的观测数据通常认为是同时观测的。

已知的，星间链路按照预先的时间规划采用时分多址的方式进行星间通信和测距。在预设的时间周期内，每颗卫星依次完成与所有(已规划的)卫星的通信和测距，在任一时刻(隙)只能接收来自另外一颗卫星的星间链路信号。例如BDS-3系统在每个上述时间周期内给每一对卫星A和B分配的星间链路时间帧为3秒，两颗卫星分别用1.5秒的时间进行星间链路信号的接收和发射，分别得到两个单程(A-＞B和B-＞A)伪距观测量。因此同一卫星获得的星间伪距观测量是分别在不同时刻观测的。已知的利用星间伪距数据确定导航卫星轨道和钟差的方法，都将原始的单程伪距观测量进行历元归化得到指定钟面时刻的归化伪距，例如对同一所述时间帧内的两个单程伪距观测量进行卫星运动和钟差变化的修正，得到在指定时刻(例如最近的整3秒的时刻)，收发同时的虚拟单程伪距观测量。历元归化也可以利用两颗卫星的单程伪距观测值序列通过多项式内插或拟合的方式实现。更进一步，为了分离轨道和钟差信息，还将两个所述相向的归化伪距相加得到双程伪距和(无钟差组合)观测量，将两个所述虚拟观测量相减得到双程伪距差(无几何组合)观测量。其中所述伪距和观测量消除了钟差信息，所述伪距差观测量消除了几何信息。这两个观测量分别独立地用于确定卫星轨道和钟差，因此所确定的轨道和钟差是相互独立。