转发器式卫星测轨方法

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1、总第29卷第2期时间频率学报Vol.29No.22006年12月JournaiofTimeandFrequeneyDec.,2006转发器式卫星测轨方法111,231李志刚杨旭海李伟超冯初刚乔荣川(1中国科学院国家授时中心,陕西西安710600)(2中国科学院研究生院，北京100039)(3中国科学院上海天文台,上海200030)摘要：提出了转发器式卫星测轨方法。发射信号和接收信号的不同组合，形成不同模式的转发器式卫星测轨方法，并给出了不同模式下归算转发器式卫星测轨的公式。自发自收模式下的转发器式卫星测轨方法的观测和计算结果表

2、明,定轨观测残差小于9cm。用转发器式卫星测轨方法，不但能给出高精度时间比对结果，而且能给出高精度卫星轨道和卫星预报轨道。关键词：卫星双向时间比对；多台站观测；卫星轨道测定中图分类号：TN967.1文献标识码：A文章编号：1001-1544(2006)02-0081-091前言卫星定轨对国防建设、国民经济发展以及科学研究等方面都具有十分重要的意义。卫星测轨是卫星定轨的基础，转发器式卫星测轨技术是利用地面站系统发射时间信号，一个地面站发射的信号经卫星转发后，可以由多个台站同时接收。另外，利用伪码扩频技术的优点，几个台站可用同一个

3、频率同时向同一卫星发射各自的时间信号。由于不同台站采用不同的伪码，各台站之间的伪码扩频信号互不干扰，因此，各个地面站都能接收到卫星转发器转发的所有台站发射的时间信号。中国科学院国家授时中心提出了用不同模式的多台[1-4]站时间比对技术同步观测卫星，从而精确地测定地面站到卫星间的距离的方法。由于同步观测的优点，这种方法既可测定卫星到地面站间距离，用于卫星轨道的确定，又可实现远距离台站间的时间同步，这种观测方法称作转发器式卫星测轨观测方法。2观测原理图1表示卫星定轨观测原理。在图1中，第i站和第j站处于同等地位，第i站主钟时间信号

4、经终端调制后发送给卫星，信号经卫星转发器转发出去，第j站解调来自第i站的时间信号，用伪码扩频的相关处理技术确定接收到的时间信号和j站主钟的时间信号之间收稿日期：2006-09-05；修回日期：2006-11-0282时间频率学报总29卷的时刻差，从而确定第i站到卫星、再从卫星到第j站之间的距离。设第j站接收到的由第i站发射的时间信号与第j站的时间信号的比对读数是R，则R可表达为：jijitrR=RCOT//++++τRCOI++−∆+TT∆（1）jiiiuisjjdjiijt（1）式中，R是在惯性坐标系中第i站天线相位中心(在

5、信号发射时刻)到卫星质心位置(在ir卫星接收到信号时刻)间的距离；R是在惯性坐标系中卫星质心位置(在卫星转发信号时j刻)到第j站天线相位中心(在接收到信号时刻)间的距离；C是在真空中的光速；O是第iui站信号上行时电离层引起的时延改正；O是第j站信号下行时电离层引起的时延改正；jdT是第i站的发射仪器时间延迟；I是第j站接收第i站信号的接收机的仪器时间延迟；iji∆T是第i站主钟相对于主站主钟的钟差。定义第i站钟面时刻(以τ表示)加上第i站钟差ii为主站主钟的时刻(以τ表示)，则τ=+∆τT；∆T是第j站主钟相对于主站主钟的钟

6、00iij差。定义第j站钟面时刻(以τ表示)加上第j站钟差为主站主钟的时刻(以τ表示)，则j0τ=+τ∆T；τ是卫星转发器时间延迟。公式（1）是转发器式卫星定轨和卫星双向法0jjs[5]时间比对中时间关系的基本公式。图1n站卫星观测原理[6,7]转发器式卫星定轨是从卫星双向法时间比对中引申出来的，因此，本方法具有进行远距离时间比对的功能。如果二个观测台站间时间粗同步（考虑到站到卫星之间的距离变化），那么对于二站间互发互收的情况，可得rttrRij−Rji=2∆Ti−2∆Tj+Tj−Ti+Iij−Iji+Oju−Ojd＋Oid－

7、Oiu+(R−R+R−R)/C（2）iijj2期李志刚等：转发器式卫星测轨方法83由于卫星双向时间比对观测的工作频率高(一般用K波段)，忽略上、下行信号工作频u率的不同引起的电离层时延改正的差异，那么由（2）式可得11rttr1()∆−∆=TT⎡RR−⎤−⎡⎤R−+−RRR-⎡TITI−−−()⎤ij2⎣ijji⎦2⎣⎦iijj2⎣jjiiij⎦若取j站为主站（j＝0），那么副站与主站之间时间同步关系为11rttr1∆=TRRRR[]−−[]−+−RR/CT−[−−−IT(I)]（3）iiii00i0000iii0222[5]

8、上式是目前国际上通用的卫星双向时间比对公式，（3）式右边第二项可由理论公式直接[1]进行计算。'本文中，系统设计用于测距。为了便于实际应用,定义∆T为i'11rttr1∆=TRRRii[]00−−ii[]−+−RiR00R/CT−+−+[iITi000(Ii)]222'上式中