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1、分類號(hào)：P22810710-2014026003博士學(xué)位論文北斗導(dǎo)航衛(wèi)星精密定軌及低軌增強(qiáng)體制研究計(jì)國(guó)鋒導(dǎo)師姓名職稱楊志強(qiáng)教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程論文提交日期2018年4月20日論文答辯日期2018年6月4日學(xué)位授予單位長(zhǎng)安大學(xué)ResearchonBDSPrecisionOrbitDeterminationandLEOs-BasedAugmentationSytemADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：JiGuofe

2、ngSupervisor：Prof.YangZhiqiangChang’anUniversity，Xi’an，China摘要北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）正處于全球部署階段，預(yù)計(jì)2020年底完成全球系統(tǒng)建設(shè)。衛(wèi)星軌道和鐘差的確定以及信息的傳播是維系導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展的關(guān)鍵因素。但是我國(guó)BDS的建設(shè)和運(yùn)行時(shí)間較短，相應(yīng)的精密定軌理論和方法尚不成熟。為了進(jìn)一步提升服務(wù)性能，必須根據(jù)系統(tǒng)自身特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)BDS衛(wèi)星精密定軌的相關(guān)模型和算法進(jìn)行精化。同時(shí)，BDS地面運(yùn)控監(jiān)測(cè)站難以實(shí)現(xiàn)全球布網(wǎng)，有限的跟蹤弧段制約了衛(wèi)星的軌道

3、精度和穩(wěn)定性。盡管我國(guó)的星間鏈路技術(shù)已初步實(shí)現(xiàn)，但仍存在不確定性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的備份和增強(qiáng)方案是亟待解決的問題。因此，研究適用于BDS衛(wèi)星精密定軌的模型、方法及新技術(shù)對(duì)于提高系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)系統(tǒng)推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞BDS衛(wèi)星精密定軌問題開展了深入系統(tǒng)研究，并從探索新技術(shù)的角度對(duì)低軌增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行了初步探討，主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下：1）針對(duì)BDS與其他GNSS兼容與互操作的發(fā)展趨勢(shì)，開展了多GNSS融合定軌算法研究，給出了精密定軌的數(shù)據(jù)處理流程、相關(guān)處理策略；推導(dǎo)了多GNSS融合定軌的解析影響，并結(jié)合實(shí)

4、測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了論證?；谏鲜隼碚摵头椒ǎ_定了統(tǒng)一時(shí)空框架下的GPS、GLONASS、Galileo以及BDS衛(wèi)星的精密軌道和鐘差，結(jié)果表明本文產(chǎn)品與其他同類產(chǎn)品的精度基本相當(dāng)。2）針對(duì)BDS存在不同類型衛(wèi)星和多種姿態(tài)控制模式的現(xiàn)狀，對(duì)比分析了不同姿態(tài)控制模式對(duì)IGSO和MEO衛(wèi)星精密定軌的影響；分別采用添加偽隨機(jī)脈沖和經(jīng)驗(yàn)力參數(shù)的定軌策略提高了衛(wèi)星在零偏模式下的定軌精度；同時(shí)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了BDSIGSO-6衛(wèi)星和BDS-3e衛(wèi)星在連續(xù)動(dòng)偏模式下，采用常規(guī)策略即可提供穩(wěn)定可靠的精密軌道，為BDS-3組網(wǎng)衛(wèi)星的姿

5、態(tài)模式確定提供了技術(shù)支持。3）針對(duì)BDSGEO衛(wèi)星的光壓建模問題，采用長(zhǎng)期的精密星歷數(shù)據(jù)對(duì)ECOM光壓模型參數(shù)進(jìn)行了反演，并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)不同光壓參數(shù)選取策略進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：ECOM模型的D方向周期項(xiàng)參數(shù)對(duì)GEO衛(wèi)星精密定軌的影響較為顯著，而Y方向周期項(xiàng)參數(shù)的影響較小，實(shí)測(cè)定軌結(jié)果與精密星歷分析結(jié)論較為一致。因此，建議在GEO衛(wèi)星地影期精密定軌時(shí)采用7參數(shù)或者9參數(shù)ECOM模型。4）基于地面和星載觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了BDS-2、BDS-3e以及BDS-3衛(wèi)星的星端偽距偏差效應(yīng)，推導(dǎo)了顧及此項(xiàng)誤差的BDS模糊度

6、固定方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1）BDS-2IGSO和MEO衛(wèi)星的星端偽距偏差效應(yīng)對(duì)模糊度固定有一定影響，修正此項(xiàng)誤差可以提高BDS-2IGSO和MEO衛(wèi)星的定軌精度。2）BDS-3e和BDS-3衛(wèi)星的多路徑效應(yīng)I呈白噪聲分布，且BDS-3衛(wèi)星的信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)于BDS-3e衛(wèi)星，兩者相比BDS-2衛(wèi)星已無明顯的星端偽距偏差。5）針對(duì)BDS區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)不能覆蓋IGSO和MEO衛(wèi)星全弧段的緊迫問題，提出布設(shè)低軌天基監(jiān)測(cè)站的解決思路。分析了布設(shè)天基監(jiān)測(cè)站的必要性及其技術(shù)特點(diǎn)，推導(dǎo)了星地監(jiān)測(cè)網(wǎng)聯(lián)合定軌的函數(shù)模型，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處

7、理流程。數(shù)據(jù)試驗(yàn)表明：1）引入2顆GRACE衛(wèi)星后，GPS衛(wèi)星在全球網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)條件下的三維定軌精度分別平均提高了20.0%和44.3%，區(qū)域網(wǎng)6h和24h的軌道預(yù)報(bào)精度分別優(yōu)于10cm和13cm，天基監(jiān)測(cè)站可以削弱導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)地面監(jiān)測(cè)站的依賴。2）低軌衛(wèi)星可以顯著改善BDSGEO衛(wèi)星的觀測(cè)幾何條件，全球網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)的三維定軌精度均有m級(jí)的提升；但由于BDS星座尚不健全以及星載觀測(cè)數(shù)據(jù)不理想等原因，IGSO和MEO衛(wèi)星的定軌精度改善不明顯。6）為進(jìn)一步提升BDS服務(wù)性能，提出了基于低軌星座的系統(tǒng)服務(wù)性能增強(qiáng)方案。開展了

8、低軌導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，規(guī)劃了系統(tǒng)構(gòu)成和任務(wù)分配，并探討了低軌增強(qiáng)系統(tǒng)與BDS相兼容的工作模式及工作流程?；谧灾餮兄频木C合仿真軟件探討了低軌衛(wèi)星數(shù)量對(duì)BDS區(qū)域網(wǎng)定軌的影響。仿真結(jié)果表明：在國(guó)內(nèi)8個(gè)監(jiān)測(cè)站的基礎(chǔ)上，增加10顆低軌衛(wèi)星可以有效提高BDS衛(wèi)星定軌精度，陸續(xù)增加更多低軌衛(wèi)星對(duì)定軌結(jié)果改善不明顯。最后，從覆蓋性和PDOP值角度分析了低軌導(dǎo)航星座對(duì)于BDS全球