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轨道外推及坐标系转换对导航卫星精密定轨的影响分析

作　者: 柳文明
导　师: 王飞雪
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 轨道外推坐标系转换地球自转参数轨道预报精密定轨
分类号: P135
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 116次
引　用: 1次
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内容摘要

在卫星导航系统中,卫星精密轨道改进和精确预报是影响卫星导航系统性能的重要因素。轨道外推与坐标系转换贯穿于轨道改进和预报整个过程中,直接影响导航电文的精度,因此有必要针对轨道外推和坐标系转换对精密定轨及轨道预报的影响进行研究。本文首先系统介绍了导航卫星精密定轨的基本原理,特别是时间系统和坐标系统以及卫星运动方程中的摄动力模型及其数值求解；然后分别研究了数值积分和摄动力模型对轨道外推精度的影响；接着研究了地球定向参数(EOP:Earth Orientation Parameter)预报误差对轨道预报精度的影响；最后利用非差分伪距单星定轨平台分析了轨道外推误差对定轨精度的影响,并且利用IGS实测数据对GPS卫星进行了单星定轨,对定轨结果进行了简单分析。具体来说,本文主要包括以下研究内容：1)系统地研究了导航卫星精密定轨的基础理论：介绍了导航卫星精密定轨的基本流程和数学原理；详细给出了定轨过程中时间系统和坐标系统的定义及转换关系；介绍了卫星运动方程中摄动力模型理论以及利用数值积分方法解算卫星精密轨道的理论及公式。2)对数值求解运动方程的常用积分算法的性能进行研究：研究了阶数和步长的选择对轨道外推精度的影响；比较了对于多步积分器利用不同起步方式产生的误差。3)研究了各种摄动力对轨道外推精度的影响：分析了对于MEO/GEO/IGSO混合星座导航系统,各种摄动力对轨道外推的影响,给出了各摄动力加速度的大小并分析了外推误差。4)研究了地心惯性系和地心地固系之间的转换关系,详细介绍了转换过程中地球定向参数的使用。结合IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service)公报数据分析了地球自转参数EOP的预报精度,并研究了EOP预报误差对轨道预报的影响。5)开发了利用非差分法进行单颗导航卫星定轨的仿真平台,研究了轨道外推误差对定轨精度的影响：分析了数值积分误差对定轨精度的影响；研究了摄动力模型与真实模型不匹配导致的定轨误差。6)利用单星定轨平台使用IGS实际观测数据对GPS卫星进行了单星定轨,并对定轨结果进行了简单的分析。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-16
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外发展现状  13-14
  1.3 本文的主要工作  14-16
第二章导航卫星精密定轨理论基础  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 精密定轨基本原理  16-19
    2.2.1 精密定轨的基本流程  16-17
    2.2.2 精密定轨的数学原理  17-19
  2.3 时间系统与坐标系统  19-23
    2.3.1 时间系统  20-21
    2.3.2 坐标系统  21-23
  2.4 卫星运动方程及其数值求解  23-28
    2.4.1 摄动力模型理论  23-25
    2.4.2 卫星运动方程的数值求解  25-28
  2.5 小结  28-29
第三章导航卫星轨道外推精度分析  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 数值积分方法性能分析  29-32
  3.3 摄动力模型对轨道外推精度影响  32-36
  3.4 小结  36-37
第四章地球自转参数对轨道预报的影响  37-44
  4.1 引言  37
  4.2 地球自转参数简介  37-38
  4.3 EOP预报误差分析  38-40
  4.4 EOP预报误差对轨道预报的影响  40-43
  4.5 小结  43-44
第五章定轨试验及数据分析  44-51
  5.1 引言  44
  5.2 轨道外推对定轨精度的影响  44-49
    5.2.1 数值积分误差对定轨精度的影响  45-47
    5.2.2 摄动力模型误差对定轨精度的影响  47-48
    5.2.3 模拟观测数据定轨结果  48-49
  5.3 IGS观测数据处理  49-50
  5.4 小结  50-51
第六章总结与未来展望  51-53
  6.1 本文主要工作及贡献  51
  6.2 后续工作与展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-56
作者在硕士期间发表论文情况  56

轨道外推及坐标系转换对导航卫星精密定轨的影响分析

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