[发明专利]基于GNSS定位信息的低轨卫星轨道误差修正方法及系统

权利要求书

1.一种基于GNSS定位信息的低轨卫星轨道误差修正方法，其特征在于，所述轨道误差修正方法包括：

建立所述低轨卫星的运动方程；

获取所述低轨卫星的TLE文件；

利用GNSS接收机捕获卫星导航信号以获取本地位置矢量和本地速度矢量；

利用低轨卫星接收机量测得到所述低轨卫星与所述低轨卫星接收机之间的多普勒频移量测值；

根据所述运动方程建立以所述低轨卫星的位置矢量和速度矢量为状态量的状态方程；

根据所述TLE文件、所述本地位置矢量、所述本地速度矢量以及所述多普勒频移量测值建立量测方程；

基于所述状态方程和所述量测方程通过卡尔曼滤波对所述低轨卫星的轨道误差进行修正。

2.根据权利要求1所述的轨道误差修正方法，其特征在于，根据所述TLE文件、所述本地位置矢量、所述本地速度矢量以及所述多普勒频移量测值建立量测方程包括：

根据所述TLE文件、所述本地位置矢量和所述本地速度矢量预测得到所述低轨卫星与所述低轨卫星接收机之间的多普勒频移预测值；

根据所述多普勒频移量测值和所述多普勒频移预测值建立量测方程。

3.根据权利要求2所述的轨道误差修正方法，其特征在于，根据所述TLE文件、所述本地位置矢量和所述本地速度矢量预测得到所述低轨卫星与所述低轨卫星接收机之间的多普勒频移预测值包括：

根据所述TLE文件预测得到所述低轨卫星的预测位置矢量和预测速度矢量；

根据所述预测位置矢量和所述本地位置矢量计算得到所述低轨卫星到所述低轨卫星接收机的相对位置矢量；

根据所述预测速度矢量和所述本地速度矢量计算得到所述低轨卫星到所述低轨卫星接收机的相对速度矢量；

根据所述相对位置矢量和所述相对速度矢量计算得到所述多普勒频移预测值。

4.根据权利要求3所述的轨道误差修正方法，其特征在于，根据所述多普勒频移量测值和所述多普勒频移预测值建立量测方程包括：

计算所述多普勒频移预测值与所述多普勒频移量测值之间的多普勒频移差值；

建立以所述多普勒频移差值为量测量的量测方程。

5.根据权利要求4所述的轨道误差修正方法，其特征在于，通过以下公式根据所述相对位置矢量和所述相对速度矢量计算得到所述多普勒频移预测值：

上式中，f_r(k)表示第k个采样点的多普勒频移预测值，f₀(k)表示第k个采样点低轨卫星的发射频率，c表示电磁波在空间中的传播速度，n(k)表示第k个采样点低轨卫星的发射频率的量测误差，ρ(k)表示第k个采样点低轨卫星到低轨卫星接收机的相对位置矢量，表示第k个采样点低轨卫星到低轨卫星接收机的相对速度矢量，ρ_x(k)、ρ_y(k)和ρ_z(k)表示所述相对位置矢量ρ(k)在三方向上的分量，和表示所述相对速度矢量在三方向上的分量。

6.根据权利要求5所述的轨道误差修正方法，其特征在于，基于所述状态方程和所述量测方程通过卡尔曼滤波对所述低轨卫星的轨道误差进行修正包括：

基于所述状态方程和所述量测方程通过卡尔曼滤波得到所述低轨卫星的位置误差和速度误差；

根据所述位置误差和所述速度误差对所述预测位置矢量和所述预测速度矢量进行修正以得到所述低轨卫星的修正位置矢量和修正速度矢量；

根据所述修正位置矢量和所述修正速度矢量转换得到所述低轨卫星修正轨道误差后的轨道参数。

7.根据权利要求6所述的轨道误差修正方法，其特征在于，所述低轨卫星的运动方程为：

上式中，x、y和z分别表示所述低轨卫星在惯性直角坐标系中的位置矢量在三方向上的分量，和分别表示所述低轨卫星在惯性直角坐标系中的加速度在x、y、z三方向上的分量，μ表示地球开普勒常数，R_e表示地球赤道半径，J₂表示地球形状力学因子，表示低轨卫星惯性直角坐标系原点的距离。