基于不同空间尺度测站网的BDS-3 GEO卫星轨道机动实时监测

苗亚格; 涂锐; 洪菊; 刘明玥

doi:10.12265/j.gnss.2022133

基于不同空间尺度测站网的BDS-3 GEO卫星轨道机动实时监测

doi: 10.12265/j.gnss.2022133

苗亚格^{1, 2,},
涂锐^{1, 2, 3, ,},
洪菊^{1, 2,},
刘明玥^{1, 2,}

1.
中国科学院国家授时中心, 西安 710600
2.
中国科学院大学, 北京 100049
3.
中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室, 西安 710600

基金项目: 国家自然科学基金(41974032)

详细信息

作者简介:
苗亚格：(1997—)，男，硕士，研究方向为卫星轨道机动监测，修复算法

涂锐：(1985—)，男，博士，研究员，研究方向为GNSS精密定位，测速，时间传递，灾害监测等

洪菊：(1994—)，女，博士，研究方向为GNSS/LEO精密定位技术

通信作者:
涂锐 E-mail: turui-2004@126.com

中图分类号: P228.1
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-27
- 录用日期: 2022-09-02
- 网络出版日期: 2022-11-16

Real-time monitoring of orbital maneuvers of BDS-3 GEO satellites based on station networks of different spatial scales

MIAO Yage^{1, 2
,},
TU Rui^{1, 2, 3
, ,},
HONG Ju^{1, 2
,},
LIU Mingyue^{1, 2
,}

1.
National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, BeiJing 100049, China
3.
Key Laboratory of Precision Navigation and Timing Technology, Chinese academy of sciences, Xi’an 710600, China

摘要

摘要: 地球静止轨道(GEO)卫星为保持地球同步特性，需要频繁进行轨道机动，及时准确的对卫星轨道机动的状态进行动态监测，有助于对卫星真实轨道进行修复，使其在机动过程中仍能提供基本可用的轨道参数. 利用基于历元差分测速原理的卫星轨道监测模型，对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的2颗GEO卫星各12次历史机动进行了分析. 结果表明：所选不同空间尺度测站网均可以对C59卫星的机动时间与轨道动态变化进行实时监测，且监测结果基本一致. 另外，本文所选的不同空间尺度测站网均可对C60卫星机动时间进行精准探测，但在对其轨道状态进行实时监测时，空间尺度较大的测站网监测结果更优.
- 北斗三号卫星导航系统(BDS-3) /
- 地球静止轨道(GEO)卫星轨道机动 /
- 实时监测 /
- 历元差分速度估计 /
- 载波相位观测值
Abstract: In order to maintain the geosynchronous characteristics of geostationary earth orbit (GEO) satellites, frequent orbital maneuvers are required. Timely and accurate dynamic monitoring of the state of satellite orbit maneuvers is helpful for repairing the true satellite orbit, so that it can still provide basic orbital parameters during maneuvering. In this paper, 12 historical maneuvers of each of the two GEO satellites of BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) are analyzed using a satellite orbit monitoring model based on the principle of time differential velocity measurement. The results show that the station network of different spatial scales selected in this paper can monitor the maneuver period and orbital dynamic variation of the C59 satellite in real time, and the monitoring results are basically consistent. In addition, the station networks of different spatial scales selected in this paper can accurately detect the maneuver period of the C60 satellite, but when monitoring its orbital state in real time, the monitoring results of the station network with a larger spatial scale are better.

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图 1 卫星轨道机动实时监测流程图

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图 2 2022年第153—155天C59卫星真实轨道与广播轨道之差的变化率图

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图 3 2022年第154天C59卫星轨道机动中各测站OMC值变化图(红色方框为广播星历标记轨道机动时间段)

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图 4 C59、C60卫星轨道机动测站网空间分布图

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图 5 不同空间尺度测站网下C59卫星机动期间轨道动态变化率图(以分别发生于年积日2021-343、2022-040、2022-070的三次机动事件为例)

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图 6 不同空间尺度测站网下C60卫星机动期间轨道动态变化率图(以分别发生于年积日2021-323、2021-358、2022-058的三次机动事件为例)

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图 7 不同尺度测站网对C59卫星轨道机动时间的探测结果对比图

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图 8 不同尺度测站网对C60卫星轨道机动时间的探测结果对比图

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表 1 不同测站所探测到的C59卫星2022年第154天轨道机动时间对比

广播星历标记轨道机动时间	测站	探测开始时间	探测结束时间
09:00:00—15:00:00	MIZU	08:23:30	13:30:30
	MKEA	08:23:30	13:30:30
	NNOR	08:25:00	13:30:30

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表 2 所选测站详情信息 m

测站	接收机类型	天线类型	X	Y	Z
ALIC	SEPT POLARX5	LEIAR25.R3	−4 052 051.766 1	4 212 836.214 1	−2 545 106.026 4
DARW	SEPT POLARX5	JAVRINGANT_DM	−4 091 359.612 1	4 684 606.422 8	−1 408 579.125 7
DJIG	SEPT POLARX5	TRM59800.00	4 583 085.826 0	4 250 982.209 7	1 266 242.975 0
IISC	SEPT POLARX5	ASH701945E_M	1 337 936.455 0	6 070 317.126 1	1 427 876.785 2
JFNG	TRIMBLE ALLOY	TRM59800.00	−2 279 827.881 0	5 004 704.218 1	3 219 776.875 7
MIZU	SEPT ASTERX4	SEPCHOKE_B3E6	−3 857 167.648 4	3 108 694.913 8	4 004 041.687 6
MKEA	SEPT POLARX5	JAVRINGANT_DM	−5 464 105.317 0	−2 495 165.842 0	2 148 291.476 0
MOBS	SEPT POLARX5	JAVRINGANT_DM	−4 130 636.754 2	2 894 953.139 8	−3 890 530.236 7
NNOR	SEPT POLARX5TR	SEPCHOKE_B3E6	−2 414 151.446 0	4 907 778.504 0	−3 270 645.187 0
SGOC	SEPT POLARX5	TRM59800.00	−3 184 364.616 4	5 291 037.196 2	1 590 413.571 1
ULAB	JAVAD TRE_3	JAVRINGANT_G5T	−1 257 408.923 4	4 099 404.397 4	4 707 992.671 5

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表 3 不同空间尺度测站网对C59卫星监测结果对比 m

卫星	机动日期	大型网络-中型网络			大型网络-小型网络
卫星	机动日期	X-STD	Y-STD	Z-STD	X-STD	Y-STD	Z-STD
C59	2022-153	0.162 3	0.212 6	0.130 2	0.202 8	0.251 5	0.252 1
	2021-188	0.136 5	0.177 2	0.090 6	0.280 8	0.330 5	0.369 1
	2021-220	0.182 7	0.241 8	0.129 1	0.268 6	0.339 0	0.229 9
	2021-252	0.232 2	0.288 6	0.186 9	0.221 0	0.260 2	0.269 7
	2021-282	0.157 1	0.195 6	0.124 1	0.230 4	0.282 4	0.226 1
	2021-314	0.220 8	0.292 2	0.118 7	0.233 4	0.285 7	0.252 4
	2021-343	0.117 2	0.157 3	0.095 4	0.152 8	0.185 1	0.222 1
	2022-008	0.173 9	0.226 5	0.165 5	0.259 4	0.331 7	0.236 1
	2022-040	0.163 9	0.224 3	0.092 9	0.178 8	0.223 0	0.215 9
	2022-070	0.126 0	0.168 2	0.143 9	0.182 7	0.220 0	0.232 6
	2022-098	0.141 3	0.185 9	0.096 3	0.192 7	0.243 6	0.263 9
	2022-127	0.110 3	0.145 7	0.099 2	0.109 7	0.127 2	0.229 5
	2022-154	0.156 0	0.211 1	0.132 7	0.220 5	0.276 8	0.305 2

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表 4 不同空间尺度测站网对C60卫星监测结果对比 m

卫星	机动日期	大型网络-中型网络			大型网络-小型网络
卫星	机动日期	X-STD	Y-STD	Z-STD	X-STD	Y-STD	Z-STD
C60	2022-100	0.201 5	0.049 8	0.078 7	0.538 0	0.200 7	0.533 3
	2021-179	0.239 7	0.058 2	0.097 0	0.495 2	0.171 0	0.452 3
	2021-200	0.164 8	0.038 1	0.076 9	0.413 4	0.133 9	0.437 6
	2021-222	0.141 9	0.035 1	0.084 3	0.430 1	0.131 8	0.407 7
	2021-248	0.226 2	0.056 7	0.115 6	0.392 6	0.121 8	0.410 6
	2021-271	0.194 8	0.049 0	0.088 8	0.415 7	0.131 1	0.417 2
	2021-293	0.204 6	0.051 5	0.079 5	0.515 5	0.167 3	0.555 7
	2021-323	0.129 1	0.032 3	0.106 9	0.586 3	0.185 5	0.523 5
	2021-358	0.167 9	0.040 6	0.107 8	0.519 0	0.163 0	0.569 2
	2022-028	0.244 1	0.055 0	0.130 3	0.518 4	0.190 3	0.510 6
	2022-058	0.171 2	0.044 7	0.078 7	0.563 1	0.209 7	0.541 7
	2022-085	0.322 7	0.108 9	0.080 5	0.601 1	0.207 4	0.482 5
	2022-105	0.291 3	0.099 6	0.104 7	0.580 5	0.206 1	0.530 5

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表 5 不同尺度测站网对C59卫星轨道机动时间的探测结果对比 min

C59	大型网络-中型网络		大型网络-小型网络
C59	开始时间之差	结束时间之差	开始时间之差	结束时间之差
最大值	5.00	0.00	0.50	0.00
平均值	–0.38	0.00	0.92	0.00
最小值	–6.00	0.00	–6.00	0.00

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表 6 不同尺度测站网对C60卫星轨道机动时间的探测结果对比 min

C60	大型网络-中型网络		大型网络-小型网络
C60	开始时间之差	结束时间之差	开始时间之差	结束时间之差
最大值	2.00	1.50	0.50	0.00
平均值	–0.17	0.17	0.08	0.00
最小值	–1.50	–1.50	0.00	0.00

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