星载GNSS确定GEO卫星轨道的积分滤波方法

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1、70中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology2011年2月第1期星载GNSS确定GEO卫星轨道的积分滤波方法柳丽董绪荣郑坤王威(装备指挥技术学院，北京101416)摘要采用星栽全球导航卫星系统(GNSS)确定地球静止轨道(GE0)，以解决目前应用星栽全球定位系统(GPS)时导航卫星可见性差的问题。以风云卫星为例，分析了未来的GNSS相对于GEo卫星的可见性，针对GEo轨道上导航接收机采样间隔较长的问题，综合轨道积分和卡尔曼滤波方法的优点，提出了确定GE0卫星轨道的积分滤波方法。并利用STK软件仿真产生所需数据，用MATLAB对提出的

2、算法编程并进行仿真验证，结果表明，提出的方法性能优越，定轨精度较高。关键词积分滤波法星载全球导航卫星系统定轨地球静止轨道卫星轨道DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2011．01．0101引言地球静止轨道(GEO)由于独特的高轨和静地特性，是重要的轨道资源。但是，确定GEO卫星轨道的传统方法依赖地面站的观测数据，存在着定轨精度不高、维护费用昂贵、不利于卫星的自主定轨等诸多问题⋯。随着GPS在各个领域的广泛应用，它也逐渐被应用于卫星定轨。这在低地球轨道(LEO)上已经得到了验证，定轨精度可以达到厘米级[2]。但是，应用于GEO卫星时却受到了可见性差和信

3、号微弱的限制。然而，仍有少数国外科研机构对应用GPS确定高轨卫星轨道的可行性进行了星上试验。试验表明：在高地球轨道上可以接收到GPS信号，但是，可观测到的卫星个数很少，一般不超过三颗，很多时候还观测不到GPS卫星L3_5J。目前，其他国家和区域也正在建设自己的全球导航卫星系统(GNSS)，主要有俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo、中国的COMPASS。这些系统全部建成之后，围绕地球飞行的导航卫星将有100多颗。并且，这些GNSS资源计划具有互操作性。如果使用这些导航卫星来确定GEo卫星轨道，将可以解决可见性差的问题，提高定轨精度，节约定轨成本。已有部分学者讨论了

4、这个问题，文献[6]主要是分析了GNSS相对于GEO卫星的可见性和几何精度因子(GDOP)，文献[7]采用卡尔曼滤波确定卫星轨道，但是定轨精度不高。因此，本文提出了基于GNSS确定GEo卫星轨道的积分滤波方法，以提高定轨精度。2可见性分析目前的GNSS中，只有GPS是完全可用的，其他的都还在建设当中。建设中的导航卫星系统，硬研基金项目(4112003)收稿日期：201006·13．收修改稿日期l2010-10-12!!!!生!旦主垦至囹型兰堇查Z!都考虑到了和其他系统的兼容性问题。所以，在这些系统完全建成之后，利用GNSS定位是一个必然趋势‘引。各个GNSS的星座配置如表

5、1所示。裹1GNSS墨座配置Tab．1GNSSconstellationconfiguration导航卫星系统GPSGI，()NASSGalileoC()MPASS星座MEO(24／6)ME()(24／3)MEO(2713／1)GE0(5)，MEO(27)，IGSO(3)GEO经度／(。)58．75。110．5．80，140，160GSO赤道交角／(。)118偏心率／(。)OGSO倾角／(。)55ME()倾角／(。)5564．85655半长轴／km29601．297265599．72544027840假定所有的导航卫星都是指向地球发射信号，并且天线夹角为21．3o【7。，

6、又由于GE0卫星轨道高于GPS导航卫星轨道，因此，GEO卫星就只能接收到地球对面的GNSS卫星发射的导航信号。本文以GE0卫星“风云二号”(FY一2D)为例，研究GNSS卫星的可见性。用STK软件模拟GNSS卫星和FY-2D卫星，采用60s的步长，计算可见性。FY-2D卫星的轨道参数和可见性统计如表2和表3所示。衰2FY一2D卫星的轨道参数Tab．2OrbitparametersofFENGYUN一2D参数名称参数值半长轴／m4．21641×107偏心率0．0002954轨道倾角／(。)2．2148近地点幅角／(。)232．555RAAN／(。)269．555平近点角／(

7、。)224．61表3FY一2D卫星相对于GNsS卫星的可见性统计表Tab．3VisibilityofFENGYUN一2DVS．GNSSsatellites可见GNSS卫星个数Ol2345678910111213占观测时刻的百分比0．OOO．OO3．7515．4914．7914．9312．7811．5313．195．345．901．32O．97O．OO从表3可见，FY一2D卫星最多可以观测到12颗GNSS卫星，观测到4颗以上的时刻占观测总时刻的80．75％，5颗以上占65．96％，6颗以上占51．03％。可见，观测卫星个数基本上