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基于星间链路的卫星自主定位仿真分析

陈艳玲  胡小工  周善石  董晓军  
【摘要】:目前卫星导航系统应用极其广泛,涉及测绘、交通、应急救援及军事等各个领域,但是当地面站出现问题时,为确保其能够正常运行和使用,需要卫星导航系统具有自主运行功能,即通过星间测距、通信设备和星上处理器,结合卫星轨道先验信息,实现星上自主精密定轨和自主守时。目前GPS星座可每小时自主计算卫星轨道和卫星钟差,为用户提供自主运行180 d测距误差(URE)好于6 m的服务。鉴于我国在此类应用上的空白以及与国外的差距,本文着重研究GPS星间链路通信模式及卫星数量的较优选择。通过对星间链路数据的模拟,分析了不同链路数的情况下卫星在同轨、异轨以及同轨和异轨的组合三种情况下定位的精度。星间链路数据的模拟采用IGS公布的精密星历,并假定星间测距及卫星的位置误差为高斯白噪声。然后,在卫星三维坐标上分别叠加10m,15m的位置误差,在星间模拟测距数据上叠加10cm,30cm的误差,主要作了如下工作:1)假设所有卫星可视,随机选取3-30颗卫星,分析了在这种情况下随卫星数量的增加定位精度的变化,发现在卫星数量大于10颗时定位精度趋于稳定。2)同一轨道面上随机建立3-5条链路,分析其自主定位后的精度变化;3)同轨及异轨建立3-5条链路,分析其自主定位后的精度变化。最终,通过对同轨以及同轨和异轨的组合两类星间链路数据的模拟,得到了一系列有意义的结论。这一工作对星间通信模式及天线方向等研究具有重要的参考价值。

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