卫星导航系统低轨卫星辅助非差精密定轨模糊度解算方法研究

The new orbit determination technique, which is named as precise orbit determination of navigation satellite system assisted by low earth orbit satellites based on zero-differenced observation, is very useful in improving the poor structure of ground observation network and solving the problem of GEO satellite orbit determination. However, the theory and method of ambiguity fixing for the new technique is not perfect. At present, it is mainly adopted to take the float solution directly or only to consider ambiguity fixing of ground stations, which restricts the improvement of the precision level of the new technology. Therefore, considering the static-static baseline between two ground stations, the dynamic-dynamic baseline between two LEO satellites and the dynamic-static baseline between a LEO satellite and a ground station at the same time, this project will give a new method of ambiguity resolution for the whole network in the new technique. To achieve the research goal, this project will put forward the formation method of independent double-differenced ambiguities under simultaneous existence of multi-class baselines. Based on the existing methods of double-differenced ambiguity fixing for the static-static baseline, the new methods for the dynamic-dynamic baseline and the dynamic-static baseline are respectively proposed. The multi-criteria integrated method of double-differenced ambiguity validation is present, when the ambiguity fixing characteristics of multi-class baselines are considered. At last, after realizing the constraints of integer ambiguities, the methods proposed in this project are systematically analyzed and verified.

卫星导航系统低轨卫星辅助非差精密定轨作为一种新的定轨技术，在解决地面观测网形结构不佳及GEO卫星定轨难题等方面作用明显，然而，辅助非差精密定轨的模糊度解算理论和方法还不完善，目前主要是直接采取浮点解或仅考虑地面测站的模糊度固定，限制了该定轨技术精度水平的进一步提高。为此，本项目将在同时考虑地面测站间静静基线、低轨卫星间动动基线、低轨卫星与地面测站间动静基线的条件下，研究给出辅助非差精密定轨全网模糊度解算新方法。为实现该研究目标，本项目将提出多类基线并存条件下独立双差模糊度组建方法，在已有静静基线双差模糊度固定方法的基础上，提出动动基线和动静基线双差模糊度固定方法，同时，结合多类基线模糊度固定特点，提出双差模糊度整数解多指标组合确认方法，并在实现模糊度整数约束的基础上，对本项目提出的方法进行系统分析和验证。

卫星导航系统低轨卫星辅助非差精密定轨作为一种新的定轨技术，在解决地面观测网形不佳等方面作用明显，但已有研究主要是直接采取浮点解或仅考虑地面测站的模糊度固定，为此，本课题在同时考虑地面测站间静静基线、低轨卫星间动动基线、低轨卫星与地面测站间动静基线的条件下，重点研究辅助非差精密定轨全网模糊度解算新方法。.首先，以空间信号测距误差（Signal-In-Space Range Error, SISRE）作为关键指标，对比分析了BDS、GPS、GALILEO、GLONASS、QZSS等主要卫星导航系统性能，结果表明：北斗三号MEO卫星SISRE平均达到0.52m，稍逊于GALILEO的0.40m，略优于GPS的0.59m，明显优于GLONASS的2.33m；北斗三号IGSO卫星平均达到0.92m，精度差于GPS、GALILEO，与QZSS IGSO卫星相当；北斗三号GEO卫星平均达到1.15m，精度差于GPS、GALILEO，与同类型QZSS GEO卫星的0.95m也有一定差距，但仍好于GLONASS。.而后，以动动基线和动静基线为重点，从独立双差模糊度组建、固定及模糊度确认三方面，研究了不同类型基线模糊度解算方法，并利用Swarm星载及地面测站数据进行了实验验证，结果表明：采用先宽巷、后窄巷的策略，Swarm A、C星形成的动动基线两类模糊度固定成功率分别达到93%、82%，基线解算径向、沿迹、法向精度达到3.06cm、2.53cm、2.35cm，相比传统方法，沿迹和法向精度改善最为明显；利用地面测站形成的静静基线，验证了本课题非差非组合模糊度解算方法的正确性，将其应用到动静基线模糊度解算，模糊度固定成功率平均达到46.8%，与已有双差模型结果相当，但本课题方法无需在参数估计过程中频繁变换参考星，更加易于实现辅助非差精密定轨。.最后，给出了低轨卫星辅助非差精密定轨方法，实现了辅助非差精密定轨模糊度整数约束，实验分析表明：无论区域布站还是全球稀疏布站，附加LEO星载观测量之后，两者三维定轨精度相对改进程度都优于30%，其中, 区域布站条件下平均轨道精度提高的绝对量要大于全球稀疏布站。针对轨道机动对辅助非差精密定轨的不利影响，提出了一种短弧定轨、短弧预报的快速轨道恢复方法，实验表明可在5分钟之内完成快速轨道恢复。