本發(fā)明涉及衛(wèi)星大地測(cè)量，尤其涉及一種北斗衛(wèi)星定軌方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、bds-3能夠提供全球定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。星間鏈路作為bds-3的關(guān)鍵技術(shù)之一，其采用時(shí)分多址體制，按照預(yù)定路由規(guī)劃表，每顆衛(wèi)星輪循與其他可見衛(wèi)星或地面錨固站構(gòu)建鏈路。每次建鏈，每對(duì)衛(wèi)星在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)(3s)完成雙向測(cè)距。利用歷元?dú)w算后的雙向觀測(cè)值，可解耦得到無(wú)鐘差觀測(cè)量和無(wú)幾何觀測(cè)量，用于衛(wèi)星軌道和鐘差確定。目前利用bds-3星間鏈路(isl)觀測(cè)進(jìn)行軌道確定主要考慮的誤差項(xiàng)為衛(wèi)星天線相位中心、對(duì)流層延遲、相對(duì)論效應(yīng)和假定為常數(shù)的硬件時(shí)延。而隨著bds-3星間鏈路觀測(cè)和對(duì)其幾何觀測(cè)模型精化研究的日益增多，許多研究發(fā)現(xiàn)星間鏈路衛(wèi)星的驗(yàn)后擬合殘差存在明顯的常數(shù)偏差和周期項(xiàng)的非零均值且非正態(tài)分布的特性，且現(xiàn)有測(cè)距數(shù)據(jù)模型未針對(duì)該星間鏈路系統(tǒng)性誤差做出有效處理，進(jìn)而限制bds-3星間鏈路精密定軌精度。因此，有必要對(duì)bds-3衛(wèi)星星間鏈路觀測(cè)值的各項(xiàng)系統(tǒng)誤差進(jìn)行精確的模型化校正，從而完善星間鏈路數(shù)據(jù)處理模型，有效發(fā)揮bds-3星間鏈路功能，提高我國(guó)北斗系統(tǒng)的綜合服務(wù)性能。

2、若充分考慮bds-3星間鏈路精密定軌過(guò)程中的觀測(cè)誤差，其精密定軌驗(yàn)后殘差應(yīng)滿足零均值正態(tài)分布的特性。然而基于星間鏈路觀測(cè)數(shù)據(jù)現(xiàn)有bds-3精密定軌過(guò)程中，在驗(yàn)后擬合殘差中存在常量和周期項(xiàng)的系統(tǒng)性誤差，使得殘差分布偏離正態(tài)分布特性，進(jìn)而導(dǎo)致最終bds-3星間鏈路精密定軌精度降低。現(xiàn)有星間鏈路觀測(cè)模型將衛(wèi)星的星間鏈路信號(hào)發(fā)射、接收時(shí)延之和作為參數(shù)估計(jì)，難以校正星間鏈路衛(wèi)星－衛(wèi)星對(duì)的測(cè)距誤差特性，進(jìn)而無(wú)法分離星間鏈路衛(wèi)星對(duì)的系統(tǒng)性偏差和周期性誤差的特性，對(duì)bds-3星間鏈路精密定軌產(chǎn)生不利影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有星間鏈路觀測(cè)模型將衛(wèi)星的星間鏈路信號(hào)發(fā)射、接收時(shí)延之和作為參數(shù)估計(jì)，難以校正星間鏈路衛(wèi)星－衛(wèi)星對(duì)的測(cè)距誤差特性，進(jìn)而無(wú)法分離星間鏈路衛(wèi)星對(duì)的系統(tǒng)性偏差和周期性誤差的特性，對(duì)bds-3的星間鏈路精密定軌產(chǎn)生不利影響的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的在于提供一種北斗衛(wèi)星定軌方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，一種北斗衛(wèi)星定軌方法，包括以下步驟：

3、獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)，提取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)殘差，對(duì)星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)；

4、基于周期項(xiàng)信號(hào)，建立星間鏈路觀測(cè)模型，引入星間鏈路的星-星對(duì)偏差，加入以軌道周期參數(shù)的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)，獲得改進(jìn)后的星間鏈路觀測(cè)模型；

5、將觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的星間鏈路觀測(cè)模型轉(zhuǎn)化為法方程形式，并疊加所有法方程，通過(guò)最小二乘方法處理，獲得待估軌道參數(shù)；

6、將待估軌道參數(shù)通過(guò)軌道擬合，得到軌道參數(shù)，進(jìn)而確認(rèn)北斗衛(wèi)星定軌結(jié)果。

7、所述獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)，提取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)殘差，包括以下步驟：

8、獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)并預(yù)處理，得到預(yù)處理后的觀測(cè)值數(shù)據(jù)；

9、根據(jù)預(yù)處理后的觀測(cè)值數(shù)據(jù)，獲得ka波段的雙向單程偽距觀測(cè)量，對(duì)所述雙向單程偽距觀測(cè)量進(jìn)行歷元?dú)w化，將同一時(shí)刻的雙向偽距觀測(cè)量相加和相減，得到同一時(shí)刻無(wú)鐘差組合觀測(cè)量和無(wú)幾何組合觀測(cè)量，并建立無(wú)鐘差組合觀測(cè)模型和無(wú)幾何組合觀測(cè)模型；

10、根據(jù)所述無(wú)鐘差組合觀測(cè)模型和無(wú)幾何組合觀測(cè)模型，獲得預(yù)測(cè)值，比較所述星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值與所述預(yù)測(cè)值，得到星間鏈路觀測(cè)殘差。

11、所述星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)的預(yù)處理采用殘差法，包括以下步驟：

12、獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)，采用殘差法對(duì)測(cè)距觀測(cè)值粗差剔除，獲得初步處理的觀測(cè)值數(shù)據(jù)；

13、將廣播星歷衛(wèi)星軌道和鐘差初始設(shè)定粗差閾值為10m，并在星間鏈路定軌和鐘差估計(jì)的迭代過(guò)程中，粗差閾值逐步減小來(lái)進(jìn)行殘差編輯，使得殘差均方根值小于3倍中誤差，得到觀測(cè)值。

14、所述對(duì)星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)包括將所述星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合后，通過(guò)傅里葉變換將時(shí)間域轉(zhuǎn)換為頻率域，檢測(cè)觀測(cè)殘差序列中的周期信號(hào)，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)。

15、所述無(wú)鐘差組合觀測(cè)量的觀測(cè)方程為：

16、

17、其中，ρba(t0)和ρba(t0)為歸化歷元t0時(shí)刻的雙向星間鏈路觀測(cè)值，和為t0時(shí)刻衛(wèi)星a和b的位置矢量，為a衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)延，為a衛(wèi)星信號(hào)接收時(shí)延，為b衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)延，為b衛(wèi)星信號(hào)接收時(shí)延，和分別為星間鏈路衛(wèi)星a和b設(shè)備發(fā)射和接收延遲和的一半；δρa(bǔ)b和δρba分別為雙向鏈路其余幾何相關(guān)的誤差改正項(xiàng)，包括如天線相位中心，偏航姿態(tài)誤差和相對(duì)論相應(yīng)。

18、所述無(wú)幾何組合觀測(cè)量的觀測(cè)方程為：

19、

20、其中，c為光在真空中的傳播速度，為299792458m/s,dtb(t0)和dta(t0)為t0時(shí)刻的衛(wèi)星鐘差。

21、所述改進(jìn)后的鏈路觀測(cè)模型的觀測(cè)方程為：

22、

23、式中，dab為星間鏈路衛(wèi)星對(duì)的硬件收發(fā)延遲，ts為軌道周期參數(shù)。

24、一種北斗衛(wèi)星定軌方法的系統(tǒng)，包括：

25、數(shù)據(jù)獲取處理模塊，用于獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)，提取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)殘差，對(duì)星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)；

26、優(yōu)化改進(jìn)模塊，用于基于周期項(xiàng)信號(hào)，建立星間鏈路觀測(cè)模型，引入星間鏈路的星-星對(duì)偏差，加入以軌道周期參數(shù)的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)，獲得改進(jìn)后的星間鏈路觀測(cè)模型；

27、衛(wèi)星定軌模塊，用于將觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的星間鏈路觀測(cè)模型轉(zhuǎn)化為法方程形式，并疊加所有法方程，通過(guò)最小二乘方法處理，獲得待估軌道參數(shù)；將待估軌道參數(shù)通過(guò)軌道擬合，得到軌道參數(shù)，進(jìn)而確認(rèn)北斗衛(wèi)星定軌結(jié)果。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果為：

29、1.通過(guò)引入星間鏈路的星-星對(duì)偏差，并基于傅里葉變換分析誤差頻域特性從而確定加入的衛(wèi)星軌道周期相關(guān)參數(shù)，有效吸收星間鏈路觀測(cè)中系統(tǒng)性偏差。

30、2.通過(guò)加入以軌道周期ts參數(shù)的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)，建立改進(jìn)的星間鏈路觀測(cè)模型，基于該觀測(cè)模型的衛(wèi)星精密定軌有效降低了觀測(cè)殘差量級(jí)，且削弱了殘差時(shí)間序列中的周期性誤差，進(jìn)而明顯提升了bds-3衛(wèi)星軌道精度。

技術(shù)特征：

1.一種北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)，提取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)殘差，包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求2所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)的預(yù)處理采用殘差法，包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求1所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述對(duì)星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)包括將所述星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合后，通過(guò)傅里葉變換將時(shí)間域轉(zhuǎn)換為頻率域，檢測(cè)觀測(cè)殘差序列中的周期信號(hào)，獲得觀測(cè)殘差序列中的周期項(xiàng)信號(hào)。

5.如權(quán)利要求2所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述無(wú)鐘差組合觀測(cè)量的觀測(cè)方程為：

6.如權(quán)利要求5所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述無(wú)幾何組合觀測(cè)量的觀測(cè)方程為：

7.如權(quán)利要求6所述的北斗衛(wèi)星定軌方法，其特征在于，所述改進(jìn)后的鏈路觀測(cè)模型的觀測(cè)方程為：

8.一種北斗衛(wèi)星定軌方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的方法。

10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1～7任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為一種北斗衛(wèi)星定軌方法、系統(tǒng)、介質(zhì)及設(shè)備，涉及衛(wèi)星大地測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括獲取星間鏈路測(cè)距觀測(cè)值數(shù)據(jù)并預(yù)處理；根據(jù)預(yù)處理后的觀測(cè)值數(shù)據(jù)，獲得同一時(shí)刻無(wú)鐘差組合觀測(cè)量和無(wú)鐘差組合觀測(cè)量，并建立無(wú)鐘差組合觀測(cè)模型和無(wú)幾何組合觀測(cè)模型；將星間鏈路觀測(cè)殘差進(jìn)行擬合后，通過(guò)傅里葉變換將時(shí)間域轉(zhuǎn)換為頻率域，檢測(cè)其周期信號(hào)；建立鏈路觀測(cè)模型，引入星間鏈路的星?星對(duì)偏差，加入以軌道周期參數(shù)的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)，獲得改進(jìn)后的鏈路觀測(cè)模型；將觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的精細(xì)化鏈路觀測(cè)方程轉(zhuǎn)化為法方程形式，并疊加所有法方程，通過(guò)最小二乘方法處理，獲得待估軌道參數(shù)；將待估軌道參數(shù)通過(guò)軌道擬合，得到軌道參數(shù)，進(jìn)而確認(rèn)北斗衛(wèi)星定軌結(jié)果。

技術(shù)研發(fā)人員：王晨,任琛,張軒通,李振洪,羅騰杰,龔浩冉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)安大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/20