基本介紹
內容簡介,目錄,
內容簡介
《導航衛星精密定軌技術》針對我國北斗導航系統發展和深化的需要，從全球衛星導航系統（GNSS）和精密定軌現狀出發，介紹導航衛星精密定軌的基本理論和方法，結合實測導航數據處理所需考慮的各種觀測模型和動力學模型誤差，給出新的誤差改正方法和模型，建立觀測方程和動力學方程，介紹目前常用的GNSS數據處理軟體包求解方程所採用的小二乘和濾波算法，探討GNSS數據處理周跳探測和模糊度解算方法，根據實測導航數據講述導航衛星精密定軌的過程和處理技巧，包括單星定軌、多星定軌、軌道機動和快速恢復及軌道正確性評定，，結合我國衛星導航系統二期的特點，介紹星地/星間聯合定軌和導航電文擬合情況，討論影響導航衛星軌道精度的幾大誤差源。《導航衛星精密定軌技術》將理論和實測數據處理及誤差分析相結合，將常規導航衛星長弧精密定軌和軌道機動與快速恢復短弧定軌相結合，將導航衛星精密定軌和導航電文生成相結合，從北斗導航二代一期星地獨立定軌到二期星間鏈路星地/星間聯合定軌都給予系統而翔實的介紹和定軌結果分析，理論和實際套用相結合，各章又有一定的獨立性和完整性，便於隨時查閱。
目錄
目錄 CONTENTS
前言
第1章 緒論 1
1.1 GNSS概述 2
1.2 GNSS歷史 2
1.3 GNSS介紹 4
1.3.1 GPS 4
1.3.2 GLONASS 6
1.3.3 Galileo系統 7
1.3.4 BDS 8
1.4 GNSS衛星精密定軌現狀 10
1.4.1 導航衛星精密定軌 10
1.4.2 MGEX 14
1.4.3 iGMAS 15
1.5 本書結構 18
第2章 時間、坐標與常數系統 20
2.1 時間系統 20
2.1.1 太陽系質心動力學時和原時 20
2.1.2 地球動力學時或者地球時 20
2.1.3 世界時和恆星時 21
2.1.4 國際原子時和協調世界時 25
2.1.5 GNSS時 25
2.2 時間系統的相互轉換 26
2.3 坐標系統 29
2.3.1 坐標系的定義 29
2.3.2 常用坐標系 30
2.3.3 GPS採用的地固坐標系WGS 84 31
2.3.4 GLONASS採用的地固坐標系 31
2.3.5 Galileo系統採用的地固坐標系 32
2.3.6 BDS採用的地固坐標系CGCS2000 32
2.4 坐標系統之間相互轉換 32
2.4.1 五種常用地心坐標系之間轉換 32
2.4.2 地固坐標繫到J2000.0慣性系的轉換 34
2.4.3 星固坐標繫到慣性坐標系的轉換 35
2.4.4 站心坐標系與J2000.0地心天球坐標系、地固坐標系的相互轉換 36
2.4.5 地固坐標系與大地坐標系的轉換 36
2.4.6 J2000.0地心天球坐標系與RTN地心軌道平面坐標系間的轉換 37
2.4.7 直角坐標與軌道根數間的變換 38
2.5 GNSS數據處理中的常數系統 40
第3章 衛星軌道及其運動方程 41
3.1 基本運動學定律 41
3.2 克卜勒運動 42
3.3 衛星運動學方程 47
3.3.1 衛星受攝二階運動方程 47
3.3.2 衛星變分運動方程 48
3.3.3 軌道積分 49
3.3.4 偏導數 55
3.4 GNSS廣播星曆 57
3.5 GNSS衛星導航電文 59
3.5.1 GPS導航電文及星曆 62
3.5.2 GLONASS衛星導航電文及星曆 64
3.5.3 GNSS導航信號比較分析 66
3.5.4 Galileo導航電文及星曆 68
3.5.5 BDS導航電文及星曆 71
3.6 IGS精密星曆 72
3.6.1 拉格朗日插值法 72
3.6.2 牛頓插值法 73
3.6.3 切比雪夫插值法 73
第4章 GNSS觀測方程 75
4.1 GNSS非差載波相位和偽距觀測方程 75
4.2 消除電離層的LC組合觀測方程 77
4.3 GNSS差分觀測方程 77
4.3.1 GNSS單差觀測方程 78
4.3.2 GNSS雙差觀測方程 80
4.3.3 GNSS三差觀測方程 82
第5章 GNSS觀測模型 84
5.1 GNSS衛星有關的誤差 84
5.1.1 軌道誤差 84
5.1.2 衛星鐘差 84
5.1.3 衛星天線相位中心改正 85
5.1.4 衛星硬體延遲 89
5.2 GNSS測站有關的誤差 90
5.2.1 接收機天線相位中心改正 90
5.2.2 接收機鐘差 91
5.2.3 固體潮改正 92
5.2.4 海潮負荷改正 92
5.2.5 極潮改正 93
5.2.6 大氣潮改正 93
5.2.7 接收機硬體延遲 94
5.2.8 測量誤差 96
5.3 GNSS傳播路徑誤差 96
5.3.1 電離層延遲誤差 96
5.3.2 對流層延遲誤差 106
5.3.3 相對論效應 111
5.3.4 多路徑效應 112
5.3.5 地球自轉改正 115
5.3.6 天線相位纏繞 116
第6章 GNSS動力學模型 117
6.1 N體攝動 117
6.2 地球形狀攝動 118
6.3 太陽直接輻射壓攝動 118
6.4 地球形變攝動 119
6.4.1 固體潮攝動 119
6.4.2 海潮攝動 120
6.4.3 大氣潮攝動 121
6.4.4 地球自轉形變攝動 122
6.5 廣義相對論攝動 122
6.6 地球輻射壓攝動 123
6.7 衛星自身熱輻射壓攝動 125
6.8 衛星天線電磁輻射壓攝動 129
6.9 地球扁率間接攝動 130
6.10 月球扁率J2 項攝動 131
6.11 經驗力 133
6.12 攝動量級估計和力學模型的選取 133
第7章 最小二乘批處理和濾波解算 137
7.1 最小二乘批處理 139
7.2 Kalman濾波 141
7.3 先驗約束條件最小二乘平差 144
7.3.1 先驗參數約束 144
7.3.2 先驗基準 145
7.3.3 準穩定基準 146
7.4 常用GNSS數據處理軟體包解算方法簡介 148
7.5 方法比較 148
第8章 周跳探測和模糊度解算 150
8.1 周跳探測和修正 151
8.1.1 TECR法與MW法周跳探測 151
8.1.2 基於多觀測方程融合的周跳探測方法 153
8.1.3 利用載波相位雙差觀測值探測與修復周跳 154
8.1.4 改進後的TurboEdit周跳探測與修複方法 156
8.2 LAMBDA方法原理 158
8.3 模糊度浮點解 158
8.4 整周模糊度固定 160
第9章 導航衛星精密定軌數據處理 164
9.1 導航衛星精密定軌要求 164
9.2 多站、不同類型數據精密定軌方案 165
9.3 精密定軌預處理 168
9.3.1 公共誤差修正 168
9.3.2 相位平滑偽距 168
9.3.3 標準點計算 169
9.4 軌道監視與倒單點定位 169
9.5 初始軌道確定 169
9.5.1 非線性化Bancroft算法定位原理 170
9.5.2 定軌結果分析 173
9.6 單星定軌 173
9.7 多星定軌 176
9.8 軌道正確性評定 184
9.9 廣播星曆生成 186
9.10 軌道機動與快速恢復 187
9.10.1 軌道機動和快速恢復策略 187
9.10.2 軌道機動期間定軌 187
9.10.3 軌道快速恢復 188
第10章 星地/星間聯合定軌 190
10.1 自主導航 190
10.2 星間鏈路體制設計 192
10.2.1 星間鏈路研究進展 192
10.2.2 星間鏈路測量特徵分析 192
10.2.3 自主導航運行模式 193
10.3 星地/星間聯合定軌 197
10.3.1 星地/星間聯合定軌方案 197
10.3.2 參數估計理論與算法研究 198
10.3.3 星地/星間聯合定軌仿真試驗與精度分析 204
10.3.4 北斗新一代試驗衛星星間鏈路測量對提升空間信號精度的貢獻 222
第11章 導航電文擬合 225
11.1 BDS電文擬合 225
11.2 小傾角衛星電文 226
11.3 超限處理及有效性驗證 227
第12章 導航衛星軌道誤差分析 230
12.1 太陽輻射壓誤差影響 230
12.1.1 太陽輻射壓攝動特點 230
12.1.2 太陽輻射壓經驗模型 231
12.1.3 太陽輻射壓物理模型 231
12.1.4 太陽輻射壓半經驗半物理模型 232
12.2 相位中心改正誤差影響 235
12.3 靜態參數誤差對軌道的影響 237
12.4 EOP誤差對軌道的影響 238
12.5 測站坐標誤差對軌道的影響 243
參考文獻 244
彩圖
前言
第1章 緒論 1
1.1 GNSS概述 2
1.2 GNSS歷史 2
1.3 GNSS介紹 4
1.3.1 GPS 4
1.3.2 GLONASS 6
1.3.3 Galileo系統 7
1.3.4 BDS 8
1.4 GNSS衛星精密定軌現狀 10
1.4.1 導航衛星精密定軌 10
1.4.2 MGEX 14
1.4.3 iGMAS 15
1.5 本書結構 18
第2章 時間、坐標與常數系統 20
2.1 時間系統 20
2.1.1 太陽系質心動力學時和原時 20
2.1.2 地球動力學時或者地球時 20
2.1.3 世界時和恆星時 21
2.1.4 國際原子時和協調世界時 25
2.1.5 GNSS時 25
2.2 時間系統的相互轉換 26
2.3 坐標系統 29
2.3.1 坐標系的定義 29
2.3.2 常用坐標系 30
2.3.3 GPS採用的地固坐標系WGS 84 31
2.3.4 GLONASS採用的地固坐標系 31
2.3.5 Galileo系統採用的地固坐標系 32
2.3.6 BDS採用的地固坐標系CGCS2000 32
2.4 坐標系統之間相互轉換 32
2.4.1 五種常用地心坐標系之間轉換 32
2.4.2 地固坐標繫到J2000.0慣性系的轉換 34
2.4.3 星固坐標繫到慣性坐標系的轉換 35
2.4.4 站心坐標系與J2000.0地心天球坐標系、地固坐標系的相互轉換 36
2.4.5 地固坐標系與大地坐標系的轉換 36
2.4.6 J2000.0地心天球坐標系與RTN地心軌道平面坐標系間的轉換 37
2.4.7 直角坐標與軌道根數間的變換 38
2.5 GNSS數據處理中的常數系統 40
第3章 衛星軌道及其運動方程 41
3.1 基本運動學定律 41
3.2 克卜勒運動 42
3.3 衛星運動學方程 47
3.3.1 衛星受攝二階運動方程 47
3.3.2 衛星變分運動方程 48
3.3.3 軌道積分 49
3.3.4 偏導數 55
3.4 GNSS廣播星曆 57
3.5 GNSS衛星導航電文 59
3.5.1 GPS導航電文及星曆 62
3.5.2 GLONASS衛星導航電文及星曆 64
3.5.3 GNSS導航信號比較分析 66
3.5.4 Galileo導航電文及星曆 68
3.5.5 BDS導航電文及星曆 71
3.6 IGS精密星曆 72
3.6.1 拉格朗日插值法 72
3.6.2 牛頓插值法 73
3.6.3 切比雪夫插值法 73
第4章 GNSS觀測方程 75
4.1 GNSS非差載波相位和偽距觀測方程 75
4.2 消除電離層的LC組合觀測方程 77
4.3 GNSS差分觀測方程 77
4.3.1 GNSS單差觀測方程 78
4.3.2 GNSS雙差觀測方程 80
4.3.3 GNSS三差觀測方程 82
第5章 GNSS觀測模型 84
5.1 GNSS衛星有關的誤差 84
5.1.1 軌道誤差 84
5.1.2 衛星鐘差 84
5.1.3 衛星天線相位中心改正 85
5.1.4 衛星硬體延遲 89
5.2 GNSS測站有關的誤差 90
5.2.1 接收機天線相位中心改正 90
5.2.2 接收機鐘差 91
5.2.3 固體潮改正 92
5.2.4 海潮負荷改正 92
5.2.5 極潮改正 93
5.2.6 大氣潮改正 93
5.2.7 接收機硬體延遲 94
5.2.8 測量誤差 96
5.3 GNSS傳播路徑誤差 96
5.3.1 電離層延遲誤差 96
5.3.2 對流層延遲誤差 106
5.3.3 相對論效應 111
5.3.4 多路徑效應 112
5.3.5 地球自轉改正 115
5.3.6 天線相位纏繞 116
第6章 GNSS動力學模型 117
6.1 N體攝動 117
6.2 地球形狀攝動 118
6.3 太陽直接輻射壓攝動 118
6.4 地球形變攝動 119
6.4.1 固體潮攝動 119
6.4.2 海潮攝動 120
6.4.3 大氣潮攝動 121
6.4.4 地球自轉形變攝動 122
6.5 廣義相對論攝動 122
6.6 地球輻射壓攝動 123
6.7 衛星自身熱輻射壓攝動 125
6.8 衛星天線電磁輻射壓攝動 129
6.9 地球扁率間接攝動 130
6.10 月球扁率J2 項攝動 131
6.11 經驗力 133
6.12 攝動量級估計和力學模型的選取 133
第7章 最小二乘批處理和濾波解算 137
7.1 最小二乘批處理 139
7.2 Kalman濾波 141
7.3 先驗約束條件最小二乘平差 144
7.3.1 先驗參數約束 144
7.3.2 先驗基準 145
7.3.3 準穩定基準 146
7.4 常用GNSS數據處理軟體包解算方法簡介 148
7.5 方法比較 148
第8章 周跳探測和模糊度解算 150
8.1 周跳探測和修正 151
8.1.1 TECR法與MW法周跳探測 151
8.1.2 基於多觀測方程融合的周跳探測方法 153
8.1.3 利用載波相位雙差觀測值探測與修復周跳 154
8.1.4 改進後的TurboEdit周跳探測與修複方法 156
8.2 LAMBDA方法原理 158
8.3 模糊度浮點解 158
8.4 整周模糊度固定 160
第9章 導航衛星精密定軌數據處理 164
9.1 導航衛星精密定軌要求 164
9.2 多站、不同類型數據精密定軌方案 165
9.3 精密定軌預處理 168
9.3.1 公共誤差修正 168
9.3.2 相位平滑偽距 168
9.3.3 標準點計算 169
9.4 軌道監視與倒單點定位 169
9.5 初始軌道確定 169
9.5.1 非線性化Bancroft算法定位原理 170
9.5.2 定軌結果分析 173
9.6 單星定軌 173
9.7 多星定軌 176
9.8 軌道正確性評定 184
9.9 廣播星曆生成 186
9.10 軌道機動與快速恢復 187
9.10.1 軌道機動和快速恢復策略 187
9.10.2 軌道機動期間定軌 187
9.10.3 軌道快速恢復 188
第10章 星地/星間聯合定軌 190
10.1 自主導航 190
10.2 星間鏈路體制設計 192
10.2.1 星間鏈路研究進展 192
10.2.2 星間鏈路測量特徵分析 192
10.2.3 自主導航運行模式 193
10.3 星地/星間聯合定軌 197
10.3.1 星地/星間聯合定軌方案 197
10.3.2 參數估計理論與算法研究 198
10.3.3 星地/星間聯合定軌仿真試驗與精度分析 204
10.3.4 北斗新一代試驗衛星星間鏈路測量對提升空間信號精度的貢獻 222
第11章 導航電文擬合 225
11.1 BDS電文擬合 225
11.2 小傾角衛星電文 226
11.3 超限處理及有效性驗證 227
第12章 導航衛星軌道誤差分析 230
12.1 太陽輻射壓誤差影響 230
12.1.1 太陽輻射壓攝動特點 230
12.1.2 太陽輻射壓經驗模型 231
12.1.3 太陽輻射壓物理模型 231
12.1.4 太陽輻射壓半經驗半物理模型 232
12.2 相位中心改正誤差影響 235
12.3 靜態參數誤差對軌道的影響 237
12.4 EOP誤差對軌道的影響 238
12.5 測站坐標誤差對軌道的影響 243
參考文獻 244
彩圖
