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基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法

姚夏 郑鸿杰 袁勇强

姚夏, 郑鸿杰, 袁勇强. 基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法[J]. 全球定位系统, 2023, 48(2): 22-29. doi: 10.12265/j.gnss.2023031
引用本文: 姚夏, 郑鸿杰, 袁勇强. 基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法[J]. 全球定位系统, 2023, 48(2): 22-29. doi: 10.12265/j.gnss.2023031
YAO Xia, ZHENG Hongjie, YUAN Yongqiang. Real-time orbit determination of Beidou satellite based on square root information filtering[J]. GNSS World of China, 2023, 48(2): 22-29. doi: 10.12265/j.gnss.2023031
Citation: YAO Xia, ZHENG Hongjie, YUAN Yongqiang. Real-time orbit determination of Beidou satellite based on square root information filtering[J]. GNSS World of China, 2023, 48(2): 22-29. doi: 10.12265/j.gnss.2023031

基于平方根信息滤波的北斗卫星实时定轨方法

doi: 10.12265/j.gnss.2023031
基金项目: 国家自然科学基金(41974027);国家重点研发计划(2021YFB2501102);湖北省自然科学基金(2020CFA002)
详细信息
    作者简介:

    姚夏:(2002—),男,研究方向为卫星定轨

    郑鸿杰:(1997—),男 ,博士,研究方向为卫星精密定轨

    袁勇强:(1993—),男,博士,研究方向为卫星定轨

    通讯作者:

    郑鸿杰 E-mail:hjzheng@whu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.41;P228.5;V412.4+1

Real-time orbit determination of Beidou satellite based on square root information filtering

  • 摘要: 连续、稳定、高精度的实时卫星轨道产品是北斗国际化、规模化、智能化应用的重要前提. 当前,北斗卫星导航系统(BDS)的实时精密轨道产品多基于“批处理解算+轨道预报”的超快速模式获得,存在连续性较差、稳定性较低、精度不高等问题. 为此,本文采用平方根信息滤波(SRIF)方法对北斗卫星精密轨道进行实时逐历元解算. 实验结果表明:相比于超快速定轨模式,基于实时滤波方法的轨道产品能够有效避免边界跳变,具有更好的连续性和稳定性;同时,实时滤波定轨方法能够显著提高BDS的轨道精度,其中中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)的三维轨道误差分别减小了46%和68%,卫星激光测距(SLR)检核精度也普遍优于预报轨道.

     

  • 图  1  测站分布图

    图  2  北斗卫星实时滤波轨道浮点解与WUM产品轨道比较互差时序图

    图  3  北斗卫星实时滤波轨道固定解与WUM产品轨道比较互差时序图

    图  4  北斗超快轨道产品与WUM产品轨道比较互差时序图

    图  5  MEO卫星超快速轨道产品以及实时滤波轨道浮点解和固定解与WUM产品轨道比较RMS统计图

    图  6  IGSO卫星超快速轨道产品以及实时滤波轨道浮点解和固定解与WUM产品轨道比较RMS统计图

    图  7  北斗卫星轨道SLR检核残差时序图

    表  1  实时滤波轨道解算时的处理策略

    相关内容处理策略
    观测值MGEX观测数据;伪距和相位;非差IF组合
    观测频率选用B1I+B3I
    观测处理间隔300 s
    截止高度角
    观测先验伪距0.6 m;相位0.02周
    对流层干延迟采用Saastamonien模型和GMF的投影函数
    电离层延迟采用IF组合消除,不考虑高阶延迟
    天线相位中心改正采用igs14.atx天线文件改正
    卫星天线相位缠绕模型改正
    地球潮汐影响对其中固体潮汐,海洋潮汐和极移潮汐进行改正
    相对论效应模型改正
    地球重力场采用了12×12阶次的EGM08模型
    N体引力考虑月亮及太阳系内行星的影响;采用JPL DE405计算星体位置
    地球潮汐采用IERS2010模型和FES2004模型计算
    相对论效应采用IERS2010模型计算
    太阳光压模型采用ECOM2模型
    卫星位置/速度参数采用随机游走模型估计;模型噪声为10−12
    卫星太阳光压参数采用随机游走模型估计;模型噪声为10−12
    测站坐标参数采用IGS的SNX文件进行强约束
    测站钟差/卫星钟差参数采用白噪声模型估计
    模糊度固定参数采用常数模型进行估计
    对流层参数采用分段常数模型估计;时段间隔为2 h
    系统间偏差参数采用分段常数模型估计;时间间隔为24 h
    地球自转定向参数采用分段线性模型估计;时段间隔为24 h
    模糊度固定策略松约束固定所有双差基线
    最短卫星共视时长900 s
    宽巷模糊度平滑处理时间间隔30 s
    双差基线长度阈值3500 km
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    表  2  北斗卫星实时滤波轨道浮点解的平均收敛时间统计结果 h

    卫星类型ACR
    BDS-MEO13.312.917.9
    BDS-IGSO18.822.026.6
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    表  3  北斗超快速轨道产品以及实时滤波轨道浮点解和固定解与WUM产品轨道比较RMS均值统计结果 cm

    卫星
    类型
    Ultra-rapidSRIF-浮点解SRIF-固定解
    ACR3DACR3DACR3D
    MEO17.9 7.6 8.321.311.9 6.5 4.714.4 8.5 5.5 4.811.4
    IGSO49.018.731.061.416.813.6 9.323.512.410.5 9.919.2
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    表  4  北斗卫星轨道SLR检核统计结果 cm

    卫星编号轨道类型实时滤波轨道超快速轨道WUM产品
    均值标准差RMSE均值标准差RMSE均值标准差RMSE
    C08IGSO3.25.46.3−21.520.629.86.55.08.2
    C10IGSO−1.711.511.6−10.49.814.3−1.05.25.3
    C13IGSO6.010.111.7−18.319.226.56.62.57.1
    C11MEO0.14.04.03.83.55.21.12.52.7
    C20MEO6.53.47.36.83.07.45.41.85.7
    C21MEO5.45.57.75.63.66.64.82.15.3
    C29MEO−4.65.77.3−5.95.38.02.73.04.0
    C30MEO−1.85.96.1−3.56.07.03.63.85.2
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  • 收稿日期:  2023-02-24
  • 网络出版日期:  2023-05-08

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