基于卫星位置与速度的北斗卫星广播星历拟合

提出基于卫星位置与速度的广播星历拟合算法,给出了该拟合算法的计算过程,并对传统坐标拟合算法与坐标+速度拟合算法的拟合精度及外推精度进行比较.结果表明:基于位置+速度的拟合算法是有效的,且与传统坐标拟合算法相比,该算法能显著提高拟合的速度精度,且坐标精度也略有提高.此外,在卫星轨道数据已知历元数较少时,采用坐标+速度拟合算法优势更明显.     

利用广播星历计算GPS卫星位置及误差分析

为了提高GPS卫星轨道计算的精确性和实时性,通过对GPS卫星的广播星历进行分析,利用从广播星历中获取的开普勒轨道参数和轨道摄动修正项,以2005年11月6日的R INEX格式的广播星历为例,通过编程,计算了07号卫星当天24 h的轨道位置坐标,并将其与当天的精密星历所提供的卫星轨道位置坐标进行对比,并对广播星历的轨道精度进行初步的讨论。结果表明,该方法确实提高了GPS卫星轨道位置坐标计算的精度。利用广播星历计算GPS卫星位置的误差主要是由于时间外推方法造成的。     

北斗GEO卫星广播星历的直接拟合算法研究

针对因北斗地球静止轨道(GEO)卫星的小倾角特性,经典全球卫星定位系统(GPS)广播星历拟合算法不能直接应用于北斗GEO卫星这一问题,提出了一种基于无奇点变换的北斗GEO卫星广播星历直接拟合算法.该算法采用一组无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历拟合过程中法化矩阵奇异的问题;同时,避免了接收机GEO广播星历参数用户算法中坐标旋转的过程,减少了GEO用户算法的计算步骤.经仿真验证:该算法可很好地适用于北斗GEO卫星广播星历拟合,且拟合精度高,完全满足接收机导航定位的精度.但对于圆地球轨道(MEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,该算法实用性较差,仍须进一步研究和改进.     

基于广播星历参数的卫星自主导航算法

在自主导航中,目前星载处理及传输能力还不足以支持传统模式下全星座集中式动力学定轨算法.为了尝试将集中式应用于星载处理的可能性.本文提出了一种以卫星长期预报星历为基础,以广播星历参数为变量,由观测数据直接获取广播星历修正结果的集中式运动学定轨方法.该方法在地固系下进行轨道计算,无需上注EOP参数,定轨结果无误差累积.并且该方法将轨道确定与星历拟合合并为一步进行,既省略了轨道积分计算,又直接获取广播星历,可有效降低处理的计算量.试验结果表明该方法在4 h弧段内可将数据采样间隔放宽至20 min,有效减低了自主导航对星间链路测量频度及数据处理频度的要求.在现有卫星轨道60 d长期预报精度条件下,可满足URE 1 m、位置3 m的定轨精度.为集中式定轨方法应用于星载处理提供了可能.     

GNSS导航电文空间信号测距误差分析

空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)描述卫星广播星历误差和钟差参数误差在用户平均星站方向的投影,是影响用户定位授时精度的关键因素.本文以事后精密轨道和钟差参数为基准,分别评估Galileo,GPS和BDS-3卫星的广播星历轨道用户测距误差(User Range Error,URE)、钟差参数误差、SISRE的大小和特征.结果表明,Galileo,GPS,BDS-3的SISRE分别为0.14,0.49,0.35 m.三者的广播星历轨道URE分别为0.14,0.27,0.09 m.三者的钟差参数误差分别为0.14,0.41,0.35 m.Galileo广播星历径向轨道误差和钟差参数误差之间具有很强的相关性.两者相互抵消,可有效降低Galileo卫星的SISRE.不同类型GPS卫星的钟差参数误差和SISRE有明显区别.随着GPS卫星的更新换代,其钟差参数误差和SISRE会逐步降低.BDS-3卫星具备与GPS和Galileo卫星显著不同的特征:(1)BDS-3卫星广播星历轨道径向误差和钟差参数误差的相关性较小,自洽性较差;(2)BDS-3卫星广播星历轨道URE较小,而钟差参数误差较大.其中,BDS-3卫星的广播星历轨道URE小于Galileo和GPS,但是其钟差参数误差对SISRE的贡献显著大于Galileo和GPS.通过比对上述卫星的SISRE大小及特征,指出提高钟差参数精度是提高BDS-3卫星空间信号精度的关键.     

GPS卫星轨道插值及拟合研究

基于GPS广播星历,采用拉格朗日插值、切比雪夫多项式拟合及埃尔密特插值3种算法进行卫星轨道插值、拟合研究,然后把运算结果与卫星轨道外推结果进行对比分析.结果表明,3种算法在相同阶数条件下,切比雪夫多项式拟合可以达到最好的拟合精度,拉格朗日插值算法次之,埃尔米特插值精度最低;但从运算时间量分析,拉格朗日插值算法运算速度最快,而切比雪夫多项式拟合次之,埃尔米特插值最慢.     

高轨导航卫星星历设计

本文利用地球非球形引力、日月第三体引力摄动分析解理论综合分析了导航卫星广播星历参数设计的物理意义,从理论上确定了其取值范围.并通过＂共振＂效应的综合分析,对GPS开普勒广播星历参数对IGSO、GEO卫星的适用性进行了深入研究,最后通过理论分析指出小倾角、J2,2项共振等因素是引起上述广播星历算法不适用于GEO卫星的主要原因.针对GEO卫星星历参数拟合法方程严重病态以及部分接口参数超限的问题,提出了动态加权的带参数约束条件平差算法.通过实际算例证明,该方法能有效稳定星历拟合结果,解决Δn等星历参数超限的问题.     

多面函数GPS水准高程拟合中光滑因子求定方法

采用数值模拟方法研究了多面函数GPS水准拟合时光滑因子对拟合精度的影响规律.结果表明:对于正双曲面核函数来说,拟合精度随着光滑因子的增大而提高,但并不是所有的核函数都有这样的规律,倒双曲面核函数的光滑因子存在极大值,超过这个值拟合精度就会降低.为了找到适合所有核函数的光滑因子,通过大量的模拟计算与数理统计分析,首次提出了计算光滑因子的公式,解决了在利用多面函数进行GPS水准拟合时,由于光滑因子不能准确确定致使精度不稳定的问题.     

轨道动力学修正模型及其在北斗短时星历预测中的应用

对于具有低功耗和小型化需求的便携式卫星导航终端设备,准确的星历预测更有利于其快速定位,实现节能与器件小型化.在传统卫星轨道动力学模型预测方法的基础上,提出了含太阳、地球和月球的万有引力以及太阳光压之外的其他摄动力修正项的修正模型.利用导航卫星轨道位置的周期性特性,在轨道平面下对该修正项进行数值建模,通过北斗导航卫星的历史广播星历数据获得修正项参数的短时拟合值,进而对北斗导航卫星进行星历预测.最后,通过北斗导航卫星的实际星历数据验证了该修正模型对提高短时星历预测精度的可行性.     

激光光束质量参数测量中的奇异值分解

基于奇异值分解拟合双曲线方法, 对激光光束质量参数进行测量. 通过分析激光光束质量参数测量中应用正规方程组拟合双曲线的优缺点, 给出采用奇异值分解拟合激光光束束宽变化双曲线的拟合优度判断方法, 并对比了奇异值分解和正规方程组两种双曲线拟合方法的拟合精度. 结果表明, 在激光测量中, 用奇异值分解方法拟合曲线, 在曲线拟合精度和曲线拟合优度上均取得较好效果.     

GPS电文用户测距精度参数设计分析

为了研究卫星导航系统完好性参数设计对用户端完好性的影响,该文对GPS电文完好性参数中用户测距精度(URA)参数的分级方式及用户算法的变化进行了研究。采用实际国际GPS服务(IGS)广播电文数据与精密星历星钟数据进行仿真分析,证明了细化GPS用户测距精度分级方式的必要性。在此基础上,证明了采用相互独立的星历和星钟用户测距精度值能更好地描述卫星段误差。考虑传输段误差影响,利用广播星历构造卫星星座仿真分析了最坏用户位置处的测距误差,并采用加权法和最大方差法分别计算用户瞬时测距精度。对电文改进前后的两种区间划分标准和不同URA更新周期下的用户测距精度索引值进行比较分析。研究结果表明,导航电文采用5 bits将用户测距精度细化为32个区间能更好地区分不同卫星的测距误差,改善用户的完好性性能。     

大偏心率椭圆轨道星上轨道外推的参数化模型

众所周知,数值方法和分析方法都可以用于轨道预报.一般而言,采用数值方法可以获得更高的精度,采用分析方法可以达到更高的效率.对于近圆轨道卫星,已有许多成熟的数值方法和分析方法可以用于轨道预报.而对于大偏心率椭圆轨道卫星,这些方法都有各自的局限性.传统的数值积分器工作效率较低;分析方法中多采用简化的力模型,因而可以达到的精度有限.为实现大偏心率椭圆轨道卫星的星上轨道预报,本文提出了一种解决方案.其核心思想是基于摄动分析解的表达式,尝试构造拟合公式,用不同的频率项反映摄动影响下轨道根数的周期变化和长期变化.最终以拟合和计算的过程代替求解微分方程,建立参数化模型,从而实现轨道外推.应用此模型时,将首先通过拟合公式对真近点角f、近点角距ω、升交点经度Ω、轨道倾角i和地心距r进行拟合与计算,然后利用这5个轨道根数计算出卫星在惯性坐标系下的位置矢量,得到最终的预报结果.为检验方法的可行性,本文利用该参数化模型对33颗闪电轨道卫星进行了轨道外推.对每颗卫星分别进行28组试验,每组算例的外推弧段为3天.数值试验结果表明,轨道根数f,ω,i与r的计算结果受到轨道偏心率的影响.3天内,轨道外推的位置精度一般约为百米级.     

基于GAMIT中、长基线解算在CORS系统中的应用与精度分析

目的研究GAMIT对地球模型的修正和主要误差参数的估计,在CORS系统建立过程中,中、长基线解算方法使基线数据解算更精确.方法方法中利用精密星历,通过GAMIT软件解算沈阳市某地区CORS系统中的基线,与常用徕卡LGO解算出的基线数据进行对比分析.结果在中、长基线解算结果中可以看出,LGO广播星历基线标准化均方根残差σl在5.22~7.20 mm、LGO精密星历基线在σl3.02~4.18 mm、GAMIT基线σl在1.06~2.73 mm结论中、长基线解算采用广播星历精度较差,精密星历能够较好提高精度,GAMIT通过对地球模型的修正和主要误差参数的估计能够使基线数据解算更精确.     

影响温度外推测试精度的数值因素

针对某些工况中温度不易测量的问题，提出了温度测试的外推方法，该方法以易测位置处温度测试为起点，采用传热规律的模型以及数值解决，反推出要测位置处的温度。在数值求解的过程中，引入了影响外推测试结果精度的数值因素－－阶数，并通过实例讨论了阶数对外推测试结果的影响程度以及获得满意精度时阶数的选取标准。分析结果表明，阶数决定着外推测试的结果以及结果的精度，阶数选取不当甚至会出现错误的外推测试结果，但采用反面求解求得的拟合曲线与实测得的原值具有最小的剩余误差平方和，可以有效地抑制其影响。对于表面特定温度为θ（0,t)的曲线，测得其0.0129cm处的温度变化规律反推，选取阶数为10时，剩余误差平方和为533％，外推结果错误，选取阶数为9时，剩余误差平方和为0．673％，外推结果正确。     

BDS-3广播星历轨道、钟差精度分析

文章针对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),分析了北斗三号卫星(BDS-3)广播星历的轨道和钟差精度,给出了详细的精度评估方法;选取连续30 d的BDS广播星历数据,以精密星历为参考值从轨道偏差、钟差偏差、空间测距误差、单点定位(single point p...     

切比雪夫多项式在标准化卫星轨道中的应用

本文用切比雪夫多项式拟合卫星精密星历提供的等间隔的卫星坐标,通过实验分析得出了切比雪夫多项式拟合精度与拟合阶数有关,拟合精度随着阶数的增加而增加,但拟合选用的阶数越高,拟合精度不一定越高的结论。     

指数律参数选取对指数和廓线精度的影响

基于广州市主城区水平比例尺为1:7 000和垂直比例尺分别为1:500、1:1 000、1:2 000的三维建筑模型,在B类边界层中性流条件下进行风洞模拟. 利用26个测点、15个高度的西北和东南两种盛行风况下的风速数据,分析指数律参考高度zref、零平面位移d、采样厚度t等3个参数对指数α和拟合精度的不确定性影响,并为指数律应用中精度的提高提供了相应的建议. 实验结果表明:参考测点最高高度α的均值和离散度相对较小,且拟合较为理想;d的引入能提高拟合精度,且与α呈负相关;不考虑零平面位移d的指数律尤其对下垫面非均质、测点众多的研究更为实际;不同粗糙程度的下垫面,α在0.25-1H廓线厚度段内收敛,是理想的采样厚度.     

基于高速轮轴实测载荷的非参数拟合外推研究

以高速动车组动车轮轴动应力线路实测数据为依据,通过载荷与应变之间的关系,结合包络线的方法,得到实时的轮轴载荷,并编制实测轮轴载荷谱.对实测的高速轮轴载荷谱进行了非参数核密度估计的拟合外推分析,对比了固定带宽核密度和自适应带宽核密度两种方法的极值预测结果以及扩展载荷谱与实测载荷谱的损伤差值,并讨论了外推倍数对两种方法的影响.结果表明:自适应带宽核密度法预测的极值和频次更接近于实测值,损伤误差更小,由有限数据外推高频次数据的精度更高,更适合于高速轮轴载荷谱的外推,并初步验证了拟合外推方法的合理性.     

用高斯－牛顿法确定暴雨公式参数

传统的方法推求不能线性化的暴雨公式中的参数，往往分成两步：先求单一重现期的参数，然后再求各重现期的综合参数，参数推求全过程需图解试求、反复调整，最后求碍的参数并不是最佳拟合参数，本文用高斯－牛顿法推求暴雨公式的参数，实现了参数推求的一举寻优，算例表明，方法实用可行，使用此方法，使拟合精度显著提高。     

多项式拟合数值边界格式及其稳定性分析

根据构造无反射数值边界格式的基本思想,采用多项式拟合的方法,构造了一种高精度的数值边界格式(SFEBS).理论分析表明:SFEBS边界格式与4阶紧致差分格式相结合,既能保持格式的G-K-S稳定性,又能保持三对角矩阵是严格对角占优的.数值试验表明:2阶和3阶边界格式分别能够保持3阶和4阶的整体精度;4阶的SFEBS格式也能够保持4阶的整体精度,同时能够减小自由流出边界上的最大误差.