（硕士论文）基于多频载波相位的GEO导航卫星精密定轨.pdfVIP

CSNC2010 第一届中国卫星导航学术年会 北京 基于多频载波相位的GEO 导航卫星精密定轨 1，2，3 1 2 1，3 1，3 孙保琪 欧吉坤 杨旭海 刘吉华 盛传贞 (1.中国科学院测量与地球物理研究所，湖北 武汉，430077； 2.中国科学院国家授时中心，陕西 临潼，710600；3.中国科学院研究生院，北京，100049) 摘 要: GEO 卫星在 Compass 卫星导航系统中具有特别重要的作用， 充分利用高精度的载波相位观测值实现 GEO 导航 卫星精密定轨具有重要意义。分析了 GEO 卫星载波相位模糊度解算的特殊难点和现有传统的模糊度解算方法的不足。利 用新型导航卫星播发的三频码和载波相位观测值，提出了一种长基线多频模糊度解算方法。该方法首先借助码组合解算 波长较长的超宽巷和宽巷模糊度；然后利用固定了模糊度的超宽巷和宽巷相位组合计算电离层延迟，并对其进行平滑； 最后，基于固定了模糊度的宽巷相位组合和估计的电离层延迟，解算基本频率相位模糊度。 与传统模糊度解算策略相比，本文所提新方法可较好地解决 GEO 导航卫星模糊度参数与卫星轨道根数强相关这一难 题。仿真实验表明，不考虑对流层误差时，基于国内 5 个区域站的三频载波相位数据可以实现 Compass 导航卫星 cm 级 定轨。相关研究结论可为 Compass 卫星导航系统精密定轨及高精度应用提供有益参考。 关键词：Compass ；载波相位模糊度；多频； GEO 1 引言 GEO 卫星可以对目标区域实施连续覆盖，在 Compass 卫星导航系统中具有重要的作用。由于卫星 3 6 GEO 轨道高达 万 千千米，地面跟踪站对其观测几何较差， 卫星精密定轨面临较大困难，当跟踪站分 [1] 布在较小区域时尤其如此 。 载波相位具有 mm 级观测精度，充分利用高精度载波相位观测值，能够提高 Compass GEO 卫星定 轨精度。而模糊度解算是载波相位观测值使用的一个关键前提，因为与地面相对运动非常缓慢，基于传 统策略难以解算 GEO 卫星载波相位模糊度[2] 。 Compass 播发三个频率的码和载波相位导航信号[3] 。与双频相比，多频信号可以形成更多具有优良 [4] 特性的数据组合，为载波相位模糊度解算提供了新的研究思路 。 Forssell[5]提出了三频模糊度解算方法（Three Carrier Ambiguity Resolution，TCAR ），阐述了多频模 糊度解算的基本思想。十几年来，许多学者从组合信号的选取[4, 6-11]、解算模式[12-15]、模糊度固定方法[16]、 [17-19] 以及码多路径处理[20, 21]等方面，对多频模糊度解算方法进行了更加深入的研 电离层延迟残余处理 究。这些研究面向的应用领域主要为对中短基线实时精密导航定位，以 GPS、Galileo 信号为研究对象。 而本文研究的 GEO 卫星精密定轨，属于长基线事后处理，信号体制针对 Compass 卫星导航系统，因此， 需要进一步探索更加适合的多频模糊度解算方法。 论文第 2 部分根据对定轨观测方程结构的分析，指出 GEO 卫星难以利用载波相位的原因和现有方 法的不足；第 3 部分简要介绍多频数据组合理论、三频模糊度解算原理，在此基础上提出适合 Compass GEO 精密定轨的长基线三频模糊度解算方法，详细说明该方法的实施步骤和关键措施；第 4 部分给通过 定轨算例分析了 GEO 卫星轨道根数与模糊度参数之间的相关性，探索了在顾及初轨误差、力模型误差 5 Compass