一种仅基于伪距观测值确定gnss卫星轨道的方法
阅读说明：本技术 一种仅基于伪距观测值确定gnss卫星轨道的方法 (Method for determining GNSS satellite orbit only based on pseudo-range observation value ) 是由 陈永昌 盛传贞 杨立岩 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种利用GNSS接收机的伪距观测值,在无任何GNSS卫星轨道信息的条件下,确定被观测的GNSS卫星轨道的方法,解决了在利用Bancroft算法确定卫星轨道时必须已知其他卫星轨道信息的难题。(The invention provides a method for determining the orbit of an observed GNSS satellite by utilizing a pseudo-range observation value of a GNSS receiver under the condition of no GNSS satellite orbit information, and solves the problem that other satellite orbit information is required to be known when the satellite orbit is determined by utilizing a Bancroft algorithm.)
技术领域
本发明涉及一种基于伪距观测值且无需已知任何轨道信息的GNSS卫星轨道确定方法。
背景技术
GNSS系统的建立旨在提供室外定位、导航和授时服务。如今，GNSS已经在多种领域得到发展，如车辆导航、大气监测、时间传递、精准农业等。卫星轨道是确保GNSS系统正常运行最重要的信息。通常，用户可以从导航星历或精密星历产品获取相应精度的卫星轨道信息。如果某个GNSS系统的全部或部分卫星发送的导航星历中没有轨道信息，并且无法通过其他方式获得轨道信息，则系统将无法正常提供服务。此时，必须首先获得一定精度的轨道信息，才能维持GNSS系统正常运行，如基于Bancroft算法，利用GNSS伪距观测值和其他卫星已知的轨道信息计算被测卫星的轨道。本研究在该方法的基础上提出改进，可在无其他卫星已知轨道信息的条件下确定被测卫星的轨道，为GNSS系统在缺失卫星轨道信息的情况下提供一种生成轨道的方法。
本发明通过分析Bancroft算法应用于卫星定轨时，误差量级对解算结果的影响，提出了一种无需已知任何卫星轨道信息的定轨方法。新方法提出使用装备有特定接收机的观测站的伪距观测值，可确定百米量级的卫星轨道。
发明内容
为了解决无任何已知卫星轨道信息的条件下，利用GNSS伪距观测值确定卫星轨道的问题，本发明提供了卫星位置的计算方法，特征为：选用特定类型的GNSS观测站，利用Bancroft算法处理这些观测站的单频或双频伪距观测值，解算GNSS卫星位置，具体内容如下。
（1）所选用的GNSS观测站具有以下特征：接收机钟差量级小于50纳秒，且天变化量小于1纳秒。
（2）由于Bancroft算法在解算GNSS卫星位置时，经测试得知，几十米量级误差引起的卫星位置偏差在百米量级，考虑其他主要误差的范围：不同接收机对应不同信号发射时刻引起的误差在几十米的量级，伪距观测值误差在米级，电离层延迟量级在几十米，其他误差范围低于米级。因此选择钟差量级在50纳秒（约合距离15米）以内，且天变化量在1纳秒以内的测站，可保证忽略接收机钟差的观测方程中，总的观测误差范围在几十米量级（至多百米量级），进而利用这些测站的单频或者双频伪距观测值解算卫星位置和卫星钟差，获得百米量级的卫星初始轨道。
（3）构建某一接收时刻的观测方程，其中利用单频观测值解算卫星初始轨道的观测方程为；利用双频观测值解算卫星初始轨道的观测方程为。两个观测方程中，和分别表示单频伪距观测值和双频消电离层组合伪距观测值，表示接收机编号，表示卫星编号，为消电离层标志，且有，和分别表示频率1和2对应的频率值，和表示频率1和2对应的伪距观测值；表示卫星与接收机之间的几何距离，有，其中和分别表示卫星与接收机在地心地固坐标系下的位置；表示信号从卫星传播到接收机途中的对流层延迟；表示卫星的钟差。观测方程中，已知信息包括：伪距观测值或，测站坐标，对流层延迟（采用天顶方向模型值）；未知信息包括：卫星位置，卫星钟差。
（4）利用Bancroft算法计算单个历元的卫星位置和卫星钟差，算法过程为：
1）构建，其中利用单频观测值解算卫星轨道时，；利用双频观测值解算卫星轨道时，；
2）构建，且，其中为接收机数量；
3）定义常量；
4）定义算式，其中，；
5）计算中间值，，，，，，，；
6）解一元二次方程中未知项，得到两个解和；
7）将和分别代入中，获得两组卫星位置和钟差值；
8）将获得的两组解代入，结果与观测值（单频情况）或（双频情况）比较接近的卫星位置和卫星钟差确定为最终解。
本发明与现有方法相比具有以下优点：
（1）在利用GNSS伪距观测值进行卫星轨道计算时，无需已知任何卫星的轨道信息；
（2）本发明选用接收机钟差量级小于50纳秒，且天变化量小于1纳秒的测站，可以满足百米量级的GNSS卫星定轨应用。
具体实施方式
（1）首先选取接收机钟差在50纳秒以内，且天变化小于1纳秒的测站，可利用外接高精度原子钟获得接收机钟差，或利用精密单点定位技术解算获得接收机钟差。
（2）构建观测方程，利用单频伪距观测值解算卫星轨道时观测方程为；利用双频消电离层伪距观测值解算卫星轨道时观测方程为。
（3）利用Bancroft算法计算单个历元的卫星位置和卫星钟差，算法过程为：
1）构建，其中利用单频观测值解算卫星轨道时，；利用双频观测值解算卫星轨道时，；
2）构建，且，其中为接收机数量；
3）定义常量；
4）定义算式，其中，；
5）计算中间值，，，，，，，；
6）解一元二次方程中未知项，得到两个解和；
7）将和分别代入中，获得两组卫星位置和钟差值；
8）将获得的两组解代入，结果与观测值（单频情况）或（双频情况）比较接近的卫星位置和卫星钟差确定为最终解。
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