基于北斗卫星导航系统的低轨及其编队的实时精密轨道确定和预报

The development of Remote sensing, Communication ,Navigation, and other scientific application system based on Low Earth Orbiters (LEOs) needs high accuracy orbits in real-time. However, both the onboard autonomous nagivation and ground post-processing orbit determination sysem can not meet the demand of LEO orbits in accuracy and timeliness. Fortunally, the development of satellite comunication system makes real-time data transformation between GNSS satellites, LEOs, and ground stations possible. Hence, the real-time orbit for LEO can be determined with much higher accuracy. This proposal will develop the onboard and ground system to determine the LEO real-time orbits with BeiDou satellite navigation system. The impacts of BeiDou satellite orbit dynamics and systemaic errors on the LEO orbit accuracy will be analyzed. In addition, the errors for ground and onboard GNSS data combined procession will be analyzed and calibrated. Meanwhile, the principle of eanhanced orbit determination by combination of ground and onboard GNSS data will be highlighted. This provides a promising way for LEO real-time orbit determination and construction of new global satellite navigation system with LEOs.

低轨卫星平台正在遥感、通信、导航以及科学探索等领域发挥越来越重要的作用，随着星载传感器性能以及卫星应用水平的提升，现有米级星上自主导航和地面事后精密定轨已难以满足精度和时效性要求。目前，星天地一体化通信方式的发展，有助于导航卫星精密星历和钟差以及低轨星载GNSS观测数据的实时获取，为低轨卫星的实时高精度定轨提供了可能。结合我国北斗卫星导航系统（BDS）的建设和发展，本项目将瞄准BDS特别是其区域系统阶段在低轨卫星及其编队的实时高精度应用问题，系统研究北斗卫星导航系统不同卫星轨道特性对低轨卫星精密定轨的影响；分析地面和星载数据源的系统误差特征及标定方法；研究高中低轨卫星轨道相互增强机理；并在此基础上，研制低轨卫星及其编队的在轨自主精密导航以及地面近实时精密定轨及精确预报的软件系统。为我国国产低轨卫星及可能的低轨星群的实时精密定轨提供理论、方法及解决方案，并为探索新型导航增强体制提供参考依据。

低轨卫星平台在遥感、通信、导航以及科学探索等领域发挥越来越重要的作用，随着星载传感器性能以及卫星应用水平的提升，现有米级星上自主导航和地面事后精密定轨已难以满足精度和时效性要求。目前，天地一体化通信方式的发展，有助于导航卫星精密星历和钟差以及低轨星载GNSS观测数据的实时获取，为低轨卫星的实时高精度定轨提供了可能。结合我国北斗卫星导航系统（BDS）的建设和发展，本项目瞄准北斗卫星导航系统在低轨卫星及其编队的实时高精度应用问题，首先，针对影响低轨卫星实时轨道确定精度的北斗导航卫星轨道和钟差质量，一方面在几何上分析了地面测站和低轨卫星星载数据源的系统误差特征及标定方法，在动力学上改进了卫星太阳光压力模型，提高了实时轨道确定和预报精度，另一方面开展导航卫星轨道误差分析和消除策略，以减少其对低轨卫星精密定轨的影响。在低轨卫星定轨方面，通过星载数据校正接收机天线相位中心模型以改善几何观测精度，并进一步实现星间单差和双差等多种模式整数模糊度固定策略以提高低轨卫星和星群绝对和相对轨道确定精度。提出M估计的方法以替换传统的最小二乘算法提高低轨定轨的稳定性和精度。研究了高中低轨卫星轨道相互增强机理，以及低轨卫星星上自主导航和实时高精度定轨理论方法和软件实现，为我国国产低轨卫星及低轨星群的实时精密绝对定轨、相对定轨和科学应用提供理论、方法及解决方案参考，并为探索可能新型导航增强体制提供依据，并成功应用于海洋系列卫星和天绘四号等对地观测卫星的绝对和相对轨道确定。项目组获得了国家科技进步奖二等奖一项，测绘科技进步一等奖一项；发表相关学术论文23篇，其中SCI论文18篇，EI论文3篇；组织国际会议1次，多人参加3项国际会议次；课题组成员赴国外交流2人次；培养7名博士，2名硕士。