卫星星历误差

更新时间:2023-05-22 23:39

卫星星历误差是由星历给出的卫星在空间的位置与实际位置之差称为卫星星历误差。

卫星星历

卫星星历是用于描述太空飞行体位置和速度的表达式。 卫星星历以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定飞行体的时间、坐标、方位、速度等各项参数。具有极高的精度。

卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星、飞行体的时间、位置、速度等运行状态;能表达天体、卫星、航天器、导弹、太空垃圾等飞行体的精确参数;能将飞行体置于三维的空间;用时间立体描绘天体的过去、现在和将来。

卫星星历的时间按世界标准时间(UTC)计算。

轨道参数

(1)轨道半长轴a

(2)轨道偏心率e

(3)轨道平面倾角i

(4)升交点赤经Ω

(5)升交点至近地点的夹角

(6)卫星过近地点时刻

数据来源

卫星星历的数据来源有:广播星历、实测星历(精密星历)。

广播星历

广播星历是卫星电文中所携带的主要信息,由地面监控中心跟踪站根据观测数据进行外推,再通过卫星发播给用户。由于我们还不能充分了解作用在卫星上的各种摄动因素的大小及变化规律,所以预报数据中存在着较大的误差。

GPS卫星电文中解译出来的星历参数共17个,每小时更换一次。由这17个星历参数确定的卫星位置精度约为20~40m,有时可达80m。

广播星历的误差对相对定位的影响为1×10 -6 。即对长度为10km的基线会产生10mm的误差。对长度为1000km的基线会产生1m的误差。可以看出,广播星历误差是影响长基线定位精度的重要原因。

实测星历

这种星历要在观测后1~2个星期才能得到(可向美国国家大地测量局(NGS)购买),这对导航和动态定位无任何意义,但是在静态精密定位中具有重要作用。

其次,GPS卫星是高轨卫星,区域性的跟踪网也能获得很高的定轨精度。所以许多国家和组织都在建立自己的GPS卫星跟踪网开展独立的定轨工作。

误差影响

误差对单点定位的影响

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,也称为“绝对定位”。

单点定位时,星历误差在测站至卫星方向上,影响测站坐标和接收机钟改正数。影响的大小取决于星历误差所造成的测站至卫星距离的增量大小。

误差对相对定位的影响

相对定位时,因星历误差对两测站的影响具有很强的相关性,所以在差分定位过程中,共同的影响可自行消去。由于卫星位置不同,卫星信号到两测站的角度不一样,卫星星历误差对它们的影响也不一样。

差分过程中仅能消去其公共部分,一般为了方便,星历误差对相对定位的影响采用下式近似表示:

Δb/b=Δs/ρ

b为基线长;Δb为卫星星历误差所引起的基线误差; ρ为卫星至测站的距离;Δs为星历误差; Δs/ρ 则为卫星星历的相对误差;

实测结果表明,经数小时观测后,基线相对误差大约为星历相对误差的四分之一左右。

解决措施

建立自己的卫星跟踪网独立定轨

不受美国政府有意降低卫星星历精度的影响,可以建立自己的GPS卫星跟踪网,进行独立定轨。

轨道松弛法

就是在平差模型中把卫星星历给出的卫星轨道视为初始值,将其改正数作为未知数,通过平差求得测站位置及轨道改正数。

同步观测值求差

这一方法是利用在两个或多个观测站上,对同一卫星的同步观测值求差,因为星历误差对相距不太远的两个测站的影响基本相同,所以对于确定两个测站之间的相对位置,可以减弱卫星星历误差的影响。

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