导航卫星自主定轨理论与算法研究

In order to decrease the reliance of ground station and enhance the reliability of GNSS，inter-satellite crosslink will be adopted in the new generation of GNSS. It can greatly improve the capability of navigation satellite constellation autonomous maintenance, and autonomously provide the service of satellite positioning,navigation and timing (PNT) for users. The project will focus on the theories and algorithms of autonomous navigation datum keeping, autonomous orbit determination and prediction and other key techniques.The datum attenuation function of autonomous navigation satellite will be derived in the case of no ground operational control. The contribution of force model, especially the Earth's gravity model on datum keeping will be studied. Combining the theory of quisi-stable adjustment and adaptive orbit determination, the theory and algorithm of autonomous orbit determination with different datum information will be established. It can optimaly utilize weak datum information of force model and strong datum information of ground station. Based on the theory of adaptive orbit determination and quisi-stable adjustment, an optimal autonomous orbit determination will be developed. It can balance the contribution of different information with improved function and stochastic modle. The comparison between orbit determination using batch-processing mode and distributed-processing mode will be researched. The research may be helpful in providing the technique support and software storage for China GNSS development.

为了减少对地面站的依赖，提高系统可靠性，增加导航卫星之间的星间观测，可极大提高导航卫星星座的自主维护能力，并为用户提供自主卫星导航定位授时服务。本项目侧重对自主导航的基准维持、轨道测定与预报、定轨计算理论与方法等关键问题开展研究。首先构建自主导航卫星无地面控制情形下的基准衰减函数；研究卫星动力学模型尤其是重力场模型对基准的贡献；将拟稳平差和自适应定轨理论相结合，提出适合各种基准条件下的自主定轨估计理论与算法，使自主卫星定轨最佳利用动力学模型提供的弱基准信息和锚固站提供的强基准信息；在自适应定轨理论基础上，通过导航卫星自主定轨函数模型和随机模型改进，提出适配性好，能合理平衡各类观测信息的最佳自主定轨模型；研究分布式定轨与整体定轨的差异及相应误差补偿技术。最终目标是：建立理论相对严格、计算相对快捷的导航卫星自主定轨算法，为我国卫星导航系统的建设提供技术支持和软件储备。

为了减少对地面站的依赖，提高系统可靠性，增加导航卫星之间的星间观测，可极大提高导航卫星星座的自主维护能力，并为用户提供自主卫星导航定位授时服务。本项目侧重对自主导航的基准维持、轨道测定与预报、定轨计算理论与方法等关键问题开展研究。.提出了利用卫星位置精度因子和动力学参数精度因子定量描述定轨跟踪站分布优劣的方法，并推导了相关的数学模型，该方法可直接解算BDS定轨跟踪站分布对定轨精度的数值影响，并据此给出BDS定轨跟踪站分布的优选方法。针对建设中的BDS导航系统星座不完整的现状，提出了联合定轨的方法及策略，推导了多GNSS联合定轨对系统间公共参数以及非公共参数求解精度的解析贡献量，研究分析了BDS/GPS联合定轨对轨道和钟差求解精度的统计贡献量。.研究了利用地面锚固站和先验轨道信息，减弱导航卫星自主定轨基准衰减的方法。提出了具有先验轨道约束的北斗试验星星间链路定轨方法，开展了基于批处理和滤波方法的星间/星地链路定轨研究，采用BDS卫星的星间/星地链路实测数据进行了试验计算。