基于多频载波相位的geo导航卫星精密定轨

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1、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1，2，3121，31，3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

2、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

3、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；GEO1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。由于卫星轨道高达3万6千千米，地面跟踪站对其观测几何较差，GEO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CompassGEO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

4、前提，因为与地面相对运动非常缓慢，基于传[2]统策略难以解算GEO卫星载波相位模糊度。[3]Compass播发三个频率的码和载波相位导航信号。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。[5]Forssell提出了三频模糊度解算方法（ThreeCarrierAmbiguityResolution，TCAR），阐述了多频模[4,6-11][12-15][16]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、解算模式、模糊度固定方法、[1

5、7-19][20,21]电离层延迟残余处理以及码多路径处理等方面，对多频模糊度解算方法进行了更加深入的研究。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

6、上提出适合CompassGEO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、力模型误差等情况下，基于国内5个跟踪站的多频载波相位数据，采用本文提出的模糊度解算方法，CompassGEO卫星可能达到的定轨精度。2基于载波相位的GEO卫星定轨难点分析假定m+1个测站，在n个历元对两颗卫星保k、l持连续观测，线性化后的双差载波相位定轨观测1—1—基于多频载波相位的GEO导航卫星精密定轨方

7、程为lk⎡⎤LV()tt⎡⎤AI()ttAI()I⎡⎤()00606ml0⎢⎥⎡⎤x()t⎢⎥LV()tt⎢⎥All()(,)ttΦtAkk()(,)ttΦtI⎢⎥0⎢⎥()⎢⎥1=+110110mxk()t⎢⎥1(1)⎢⎥⎢⎥0⎢⎥#####⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥λN⎢⎥⎣⎦LV()tt⎢⎥All()(,)ttΦtAkk()(,)ttΦtI⎣⎦⎣⎦()n⎣⎦nn00nnmn上式可以写为L=AX+Vlk其中，待估参数向量X中的x()t、x()t分别为卫星k、l初始时刻状态向量的改正数，状态向量00l既可以

8、取为卫星的位置和速度，也可用轨道根数表示；λN为载波相位模糊度；设计矩阵A中A()t、iklkA()t表示观测量对两颗卫星t时刻状态向量的偏导数，Φ(,)tt、Φ(,)tt为t时刻到初始时刻t的iii0i0i0状态转移矩阵，t时刻的状态转移矩阵为单位阵I，in=0,1,",；L、V分别为观测值向量和误差向06量。l以卫星l为研究对象，若选取1号测站为参考站，则A()t的具体形式为illllTAuuu()((),(),,())tt=tt"ii2131im1illlll其