一種基于大氣阻力模型補償?shù)牡蛙壭l(wèi)星軌道預報方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空航天領域，尤其涉及一種基于大氣阻力模型補償?shù)牡蛙壭l(wèi)星軌道 預報方法。
【背景技術】
[0002] 目前低軌衛(wèi)星的軌道預報精度不高，尤其是軌道跡向（切向）預報誤差隨時間增 加迅速變差，主要原因在于很難建立高精度大氣阻力模型?，F(xiàn)有技術都集中在對大氣阻力 模型本身的改進上，通過調(diào)節(jié)大氣阻力模型中一、兩個系數(shù)或是通過改進大氣密度模型期 望提高預報精度。然而現(xiàn)有方法扭曲了大氣模型中動力學參數(shù)的物理意義而且未明顯提高 預報精度，不具有普適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于大氣阻力模型補償?shù)牡蛙壭l(wèi)星軌道預報方法，在 已有GNSS觀測量的時段對未模型化力進行估計，并經(jīng)建模后用于軌道預報，從而解決現(xiàn)有 技術中存在的前述問題。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述基于大氣阻力模型補償?shù)牡蛙壭l(wèi)星軌道預報方 法，通過對定軌過程中的經(jīng)驗加速度建模，與預先定義的確定性動力學模型組成增強型動 力學模型，在一定程度上補償預報期間的大氣阻力模型誤差，具體包括以下步驟：
[0005] S1，利用星載接收機偽距觀測量和IGS發(fā)布的超快星歷對衛(wèi)星進行定軌，得到衛(wèi) 星的動力學參數(shù)，所述動力學參數(shù)包括衛(wèi)星位置、速度、CD、CjP經(jīng)驗加速度；
[0006] S2,對經(jīng)驗加速度建模，然后與確定性動力學模型組成增強型動力學模型，最后利 用定軌最終歷元的衛(wèi)星的位置和速度作為初值進行軌道預報。
[0007] 優(yōu)選地，步驟S1，具體按照下述步驟實現(xiàn)：
[0008] S11，利用IGS發(fā)布的超快星歷，對已有星載接收機觀測數(shù)據(jù)時段的偽距值做單點 定位，得到觀測歷元的單點位置值；
[0009] S12,采用簡化動力學最小二乘批處理方法對單點位置值進行平滑，完成定軌，得 到平滑后的衛(wèi)星位置和速度，還得到CD、CjP經(jīng)驗加速度。
[0010] 更優(yōu)選地，步驟S12,采用簡化動力學最小二乘批處理方法對單點位置值進行平 滑，完成定軌，具體按照下述步驟實現(xiàn)：
[0011] A1，設定子區(qū)間長度為I，將整個定軌時間區(qū)間[UtJ等間隔劃分為n段；
[0012] A2,經(jīng)驗加速度a;=(aiR,aiT,aiN)T在子區(qū)間[ti,ti+1)上保持常量，其中ti= tc+it，i= 0, 1，…，n ;經(jīng)驗加速度ai的方向分別為衛(wèi)星軌道徑向eR(t)、切向eT(t)和法 向eN(t)，其中，軌道徑向eR(t)、切向eT(t)和法向eN(t)的計算公式為公式組（1);
[00131
[0014] 其中，r和v為衛(wèi)星在地心慣性系中的位置和速度向量；
[0015]A3,在確定性動力學模型的基礎上增加經(jīng)驗加速度項，得到衛(wèi)星動力學模型（2)， [0016"
[0017] 其中a為確定性動力學模型加速度矢量和；alR表示徑向經(jīng)驗加速度；alT表示切向 經(jīng)驗加速度；alN表示法向經(jīng)驗加速度；〖Jt)定義為公式（3):
[0018]
[0019]A4,利用單點位置值作為偽觀測量，待估參數(shù)Y包括衛(wèi)星初值位置和初值速度y。、 〇)、〇；以及經(jīng)驗加速度a;,i= 0, 1，"'n-l,見公式（4);
[0020]
[0021] 其中，:< =表示衛(wèi)星初始狀態(tài)；
[0022] A5,最小二乘法方程（5)為計算待估參數(shù)初值Y。的修正量AY;
[0023]HTH?AY=HT (z-h(Y。)），（5)其中，h表示軌道單點位置值模型，h(Y。）表示加入 初值的模型值，# = |為設計矩陣；z為單點位置值Z，由單點定位過 程得到，假設共有nT個歷元數(shù)據(jù)，任意歷元單點位置值21= (Xl，yi，Zl)中包括衛(wèi)星位置三 分量，i= 〇, 1，…，nT-l;
[0024]A6,軌道位置模型值h的計算利用初值狀態(tài)y。和動力學參數(shù)作為輸入，根據(jù)衛(wèi)星 動力學模型（2)進行數(shù)值積分得到；
[0025] 最小二乘批處理過程是迭代過程，每次迭代完成后得到待估參數(shù)初值Y。的修正量 AY，并根據(jù)修正量AY對待估參數(shù)進行更新，把更新后的參數(shù)值Y。-AY作為初始值再進 行迭代計算，當待估參數(shù)收斂時，完成定軌。
[0026] 更優(yōu)選地，在待估參數(shù)收斂前，經(jīng)過3~4次迭代計算。
[0027] 更優(yōu)選地，所述確定性動力學模型包括：
[0028]靜態(tài)重力場：GGM01Cl2〇Xl2〇 ;
[0029]潮汐力：固體潮IERS2003、海潮UT/CSR3. 0和極潮IERS2003 ;
[0030] 三體引力：日月引力解析表達式；
[0031]大氣阻力：NRLMSISE2000、NOAAsolarfluxdaily、geomagneticactivity3 hourly；
[0032] 太陽輻射光壓：雙錐體地球陰影模型；
[0033] 地球反照光壓：短波可見光輻射和長波紅外輻射。
[0034] 優(yōu)選地，步驟S2具體按照下述步驟實現(xiàn)：
[0035]S21，采用高階傅立葉級數(shù)對切向經(jīng)驗加速度時間序列{alT|i=0, 1，…，n}進行擬 合，擬合模型（6)為：
[0036]
[0037] 其中，a。為常偏系數(shù)，a_j和b為頻率系數(shù)，（〇為基頻，t。彡t彡tn;
[0038]S22,所述擬合模型與確定性動力學模型組成增強型動力學模型，并利用定軌得到 的衛(wèi)星初值狀態(tài)％作為輸入，通過軌道外推完成軌道預報。
[0039] 本發(fā)明的有益效果是：
[0040] 本發(fā)明所述方法只要求存在星載接收機偽距觀測量即可；并且易于實現(xiàn)，定軌后 的經(jīng)驗加速度經(jīng)擬合，即可應用于軌道預報；同時，所述方法還具有一定普適性和可操作 性，在一定程度上補償了大氣阻力模型誤差，提高預報精度，應用于在軌高精度導航。
【附圖說明】
[0041] 圖1是基于大氣阻力模型補償?shù)牡蛙壭l(wèi)星軌道預報流程圖；
[0042] 圖2是利用2006年1月3日的GRACE-A星載偽距觀測量對切向經(jīng)驗加速度進行 估計的結果（離散點）以及傅立葉級數(shù)擬合曲線；
[0043] 圖3是在預報時間起點為2006年1月7日零時，預報3天，考慮和不考慮切向經(jīng) 驗加速度傅立葉級數(shù)擬合模型的軌道切向預報精度對比；三角形組成的曲線表示不考慮擬 合模型的軌道切向預報精度，正方形組成的曲線表示考慮擬合模型的軌道切向預報精度；
[0044] 圖4是在預報時間起點為2006年1月6日零時，預報3天，考慮和不考慮切向經(jīng) 驗加速度傅立葉級數(shù)擬合模型的軌道切向預報精度對比；三角形組成的曲線表示不考慮擬 合模型的軌道切向預報精度，正方形組成的曲線表示考慮擬合模型的軌道切向預報精度；
[0045] 圖5是在預報時間起點為2006年1月5日零時，預報3天，考慮和不考慮切向經(jīng) 驗加速度傅立葉級數(shù)擬合模型的軌道切向預報精度對比；三角形組成的曲線表示不考慮擬 合模型的軌道切向預報精度，正方形組成的曲線表示考慮擬合模型的軌道切向預報精度；
[0046] 圖6是在預報時間起點為2006年1月4日零時，預報3天，考慮和不考慮切向經(jīng) 驗加速度傅立葉級數(shù)擬合模型的軌道切向預報精度對比；三角形組成的曲線表示不考慮擬 合模型的軌道切向預報精度，正方形組成的曲線表示考慮擬合模型的軌道切向預報精度；
[0047] 圖7是在3天的預報時間內(nèi)，圖3至圖6中兩種軌道預報策略的最大切向預報偏 差對比示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進 行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0049] 在基于GNSS星載接收機觀測量（偽距）的簡化動力學定軌過程中，預先定義的逐 段常量經(jīng)驗加速度使衛(wèi)星的確定性動力學模型能夠匹配GN