CE5T星载GPS数据的定轨分析
发布时间：2021-08-11 16:25
嫦娥五号飞行试验器搭载星载多模接收机,验证星载接收机接收导航星旁瓣信号的能力,首次实现了利用旁瓣信号对大椭圆轨道航天器的导航定位。理论分析了导航星旁瓣信号接收的可行性,基于嫦娥五号飞行试验器轨道特性研究了接收机接收信号功率及可视导航星数目与地心距变化的关系,并给出了理论几何定位因子。分析表明,接收机灵敏度达到-160dBm条件下,可具备6×104 km以下高度的定位能力。对获取的导航解数据及伪距进行了处理分析,利用导航解进行定轨计算,导航解的噪声水平优于10m。利用差分伪距数据进行定轨计算,残差噪声约为8.5m,使用1h数据可以实现定轨预报1h优于百米的精度,达到地基数据长弧条件下定轨预报精度水平。
【文章来源】：系统工程与电子技术. 2016,38(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１导航卫星可视性判别
航卫星可视性判别根据ＧＰＳ卫星的功率方向图，其下行信号的主瓣内功率最强，覆盖范围为±４５°，副瓣功率则随着夹角的增加呈下降趋势［６］。考虑到ＣＥ５Ｔ接收机预期的灵敏度为－１４０～－１６０ｄＢｍ，分别针对－１４０ｄＢｍ，－１５０ｄＢｍ，－１６０ｄＢｍ３个档次对任务期间的卫星可视性进行了分析。可视卫星数分为完全不可见、１～３颗、４～８颗、８颗以上４类。在地心距的划分上，从０～８×１０４ｋｍ之间每隔２×１０４ｋｍ划分１档。图２给出了相应的结果：０～２×１０４ｋｍ之间，３种灵敏度设置的可视卫星数均大于４；当灵敏度高于－１５０ｄＢｍ时，在４×１０４ｋｍ以下可视卫星数始终大于４颗，对于４×１０４～６×１０４ｋｍ高度，灵敏度需达到－１６０ｄＢｍ方能始终保持４颗以上ＧＰＳ卫星可视，可视卫星数统计如图２所示。接收机灵敏度的提高虽然增强了信号接收能力，但多径效应以及背景辐射等都会产生强烈干扰，对接收机性能及整星设备的要求也会更为苛刻。图２可视卫星数统计２在轨数据分析受限于试验任务事件的安排，星载接收机在轨期间共开机两次，分别是地月转移段的初期与月地返回段的末期。为确保接收机开机能正常工作，ＣＥ５Ｔ接收机开机的一个重要约束条件是距离地球６×１０４ｋｍ之内。第１次开机时间２０１４年１０月２４日２∶５４，持续时间约３小时，第２次开机为１１月１日３时～６时。两次试验非常圆满，成功获取了导航解（地固坐标系位置、速度）以及伪距测量数据，本节对获取的数据进行
第５期曹建峰等：ＣＥ５Ｔ星载ＧＰＳ数据的定轨分析·１１２３·??????????????????????????????????????????????????图３地月转移段ＰＤＯＰ值计算图４月地返回段ＰＤＯＰ值计算在正常工作弧段内，虽然可视导航卫星数变化不大，但随着地心距的增加，伪距数据的噪声逐渐变大，ＰＤＯＰ值更是显著增加，因而单点定位的精度会随着地心距的增加而显著降低。另外，ＣＥ５Ｔ星载接收机钟的稳定度稍差，根据初期设计，如接收机钟差超过０．５ｍｓ，则需要进行一次校准。利用单点定位解的数据进行定位计算，一并解算接收机钟差，大约每１０ｍｉｎ钟差就会发生一次跳变（见图５）。图５钟差变化信息２．２导航解精度评估星载接收机具有滤波功能，因此下传的导航解非纯单点定位。在滤波收敛不稳定的条件下，直接下传单点定位解，否则下传滤波结果，文中统称为导航解。滤波解相对于单点定位更为平稳，通常精度也更高。但是，接收机未考虑轨道机动及姿轨控力的影响，星上干扰力会直接影响滤波结果，因而滤波解对轨道机动信息的反映会有延迟。如果星上干扰力较大，则可能会导致滤波重起步。另一个问题是，滤波处理开始需要一定的测量数据使得滤波趋于稳定，如果观测几何不好，可能会导致滤波收敛异常，其结果却不如单点定位结果。评估导航节精度的直接方法是将导航解的位置、速度分量作为独立测源进行定轨计算，相应的观测偏导数为单位阵，导航解分量对改进历元航天器状态量的偏导数即为状态转移矩阵。在月地返回阶段，接收机开机时刻可视卫星数少，接收信号弱，该状态下伪距数据质量较差，因而滤波起步阶段存在异常，但是
【参考文献】：
期刊论文
[1]嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术[J]. 陈明,张宇,曹建峰,李勰,唐歌实,王健,段建锋,谢剑锋,童斌. 科学通报. 2012(09)
[2]基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究[J]. 彭冬菊,吴斌. 天文学报. 2011(06)
[3]Contribution of the Compass satellite navigation system to global PNT users[J]. YANG YuanXi1,LI JinLong2,XU JunYi2,TANG Jing1,GUO HaiRong3 & HE HaiBo3 1 China National Administration of GNSS and Applications,Beijing 100088,China;2 Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China;3 Beijing Global Information Center of Application and Exploitation,Beijing 100094,China. Chinese Science Bulletin. 2011(26)
[4]嫦娥一号绕月探测卫星精密定轨实现[J]. 陈明,唐歌实,曹建峰,张宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(02)
本文编号：3336494
【文章来源】：系统工程与电子技术. 2016,38(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１导航卫星可视性判别
航卫星可视性判别根据ＧＰＳ卫星的功率方向图，其下行信号的主瓣内功率最强，覆盖范围为±４５°，副瓣功率则随着夹角的增加呈下降趋势［６］。考虑到ＣＥ５Ｔ接收机预期的灵敏度为－１４０～－１６０ｄＢｍ，分别针对－１４０ｄＢｍ，－１５０ｄＢｍ，－１６０ｄＢｍ３个档次对任务期间的卫星可视性进行了分析。可视卫星数分为完全不可见、１～３颗、４～８颗、８颗以上４类。在地心距的划分上，从０～８×１０４ｋｍ之间每隔２×１０４ｋｍ划分１档。图２给出了相应的结果：０～２×１０４ｋｍ之间，３种灵敏度设置的可视卫星数均大于４；当灵敏度高于－１５０ｄＢｍ时，在４×１０４ｋｍ以下可视卫星数始终大于４颗，对于４×１０４～６×１０４ｋｍ高度，灵敏度需达到－１６０ｄＢｍ方能始终保持４颗以上ＧＰＳ卫星可视，可视卫星数统计如图２所示。接收机灵敏度的提高虽然增强了信号接收能力，但多径效应以及背景辐射等都会产生强烈干扰，对接收机性能及整星设备的要求也会更为苛刻。图２可视卫星数统计２在轨数据分析受限于试验任务事件的安排，星载接收机在轨期间共开机两次，分别是地月转移段的初期与月地返回段的末期。为确保接收机开机能正常工作，ＣＥ５Ｔ接收机开机的一个重要约束条件是距离地球６×１０４ｋｍ之内。第１次开机时间２０１４年１０月２４日２∶５４，持续时间约３小时，第２次开机为１１月１日３时～６时。两次试验非常圆满，成功获取了导航解（地固坐标系位置、速度）以及伪距测量数据，本节对获取的数据进行
第５期曹建峰等：ＣＥ５Ｔ星载ＧＰＳ数据的定轨分析·１１２３·??????????????????????????????????????????????????图３地月转移段ＰＤＯＰ值计算图４月地返回段ＰＤＯＰ值计算在正常工作弧段内，虽然可视导航卫星数变化不大，但随着地心距的增加，伪距数据的噪声逐渐变大，ＰＤＯＰ值更是显著增加，因而单点定位的精度会随着地心距的增加而显著降低。另外，ＣＥ５Ｔ星载接收机钟的稳定度稍差，根据初期设计，如接收机钟差超过０．５ｍｓ，则需要进行一次校准。利用单点定位解的数据进行定位计算，一并解算接收机钟差，大约每１０ｍｉｎ钟差就会发生一次跳变（见图５）。图５钟差变化信息２．２导航解精度评估星载接收机具有滤波功能，因此下传的导航解非纯单点定位。在滤波收敛不稳定的条件下，直接下传单点定位解，否则下传滤波结果，文中统称为导航解。滤波解相对于单点定位更为平稳，通常精度也更高。但是，接收机未考虑轨道机动及姿轨控力的影响，星上干扰力会直接影响滤波结果，因而滤波解对轨道机动信息的反映会有延迟。如果星上干扰力较大，则可能会导致滤波重起步。另一个问题是，滤波处理开始需要一定的测量数据使得滤波趋于稳定，如果观测几何不好，可能会导致滤波收敛异常，其结果却不如单点定位结果。评估导航节精度的直接方法是将导航解的位置、速度分量作为独立测源进行定轨计算，相应的观测偏导数为单位阵，导航解分量对改进历元航天器状态量的偏导数即为状态转移矩阵。在月地返回阶段，接收机开机时刻可视卫星数少，接收信号弱，该状态下伪距数据质量较差，因而滤波起步阶段存在异常，但是
【参考文献】：
期刊论文
[1]嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术[J]. 陈明,张宇,曹建峰,李勰,唐歌实,王健,段建锋,谢剑锋,童斌. 科学通报. 2012(09)
[2]基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究[J]. 彭冬菊,吴斌. 天文学报. 2011(06)
[3]Contribution of the Compass satellite navigation system to global PNT users[J]. YANG YuanXi1,LI JinLong2,XU JunYi2,TANG Jing1,GUO HaiRong3 & HE HaiBo3 1 China National Administration of GNSS and Applications,Beijing 100088,China;2 Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University,Zhengzhou 450052,China;3 Beijing Global Information Center of Application and Exploitation,Beijing 100094,China. Chinese Science Bulletin. 2011(26)
[4]嫦娥一号绕月探测卫星精密定轨实现[J]. 陈明,唐歌实,曹建峰,张宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(02)
本文编号：3336494
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3336494.html
