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全球定位系统

不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究

谭理庆 彭琦 曹阳 杨鑫 唐帅 刘俊

谭理庆, 彭琦, 曹阳, 杨鑫, 唐帅, 刘俊. 不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究[J]. 全球定位系统, 2022, 47(2): 44-51. doi: 10.12265/j.gnss.2021083101
引用本文: 谭理庆, 彭琦, 曹阳, 杨鑫, 唐帅, 刘俊. 不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究[J]. 全球定位系统, 2022, 47(2): 44-51. doi: 10.12265/j.gnss.2021083101
TAN Liqing, PENG Qi, CAO Yang, YANG Xin, TANG Shuai, LIU Jun. Research on orbit fitting and forecasting accuracy of different orbit types’ LEO satellites[J]. GNSS World of China, 2022, 47(2): 44-51. doi: 10.12265/j.gnss.2021083101
Citation: TAN Liqing, PENG Qi, CAO Yang, YANG Xin, TANG Shuai, LIU Jun. Research on orbit fitting and forecasting accuracy of different orbit types’ LEO satellites[J]. GNSS World of China, 2022, 47(2): 44-51. doi: 10.12265/j.gnss.2021083101

不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究

doi: 10.12265/j.gnss.2021083101
详细信息
    作者简介:

    谭理庆:(1995—),男,硕士,主要从事GNSS数据处理,精密单点定位方向研究

    彭琦:(1989—),男,硕士,主要从事GNSS位置服务、卫星通信方向研究

    曹阳:(1995—),女,硕士,主要从事GNSS/INS组合导航方向研究

    通讯作者:

    曹阳 E-mail: yangcao913@gmail.com

  • 中图分类号: P228.4

Research on orbit fitting and forecasting accuracy of different orbit types’ LEO satellites

  • 摘要: 低轨道地球卫星(LEO)的精度直接影响到LEO卫星的应用领域,因此研究合适的模型提高LEO卫星轨道插值/预报精度是一项很有意义且必要的工作. 本文详细研究了滑动切比雪夫多项式、克里金算法在不同类型LEO轨道的拟合、预报精度. 结果表明:采用合适的拟合策略,两种算法均能获得毫米级的插值精度;相较于滑动切比雪夫多项式,克里金算法拟合轨道的空间误差分布更为集中,未随着历元变化出现大幅波动. 克里金算法预报轨道的精度低于滑动切比雪夫多项式;采用克里金算法预报60 s,各颗LEO卫星轨道预报的精度在1~2.5 m;采用滑动切比雪夫多项式预报120 s,各颗LEO卫星可获得优于5 m的轨道精度.

     

  • 图  1  GRACE-B、Jason-3精密轨道时间序列

    图  2  各颗LEO卫星轨道的拟合点位空间误差RMS

    图  3  HY-2A采用[8, 8](左)、[12, 12](右)策略拟合时的误差序列

    图  4  GRACE-B采用[8, 8](左)、[12, 12](右)策略拟合时的误差序列

    图  5  采用10、12、14、16个历元进行克里金拟合轨道的空间误差RMS

    图  6  Sentinel-1B、Jason-3采用10个历元进行克里金拟合的误差序列

    图  7  采用不同切比雪夫策略外推1历元的轨道空间误差

    图  8  采用不同拟合点数目克里金算法外推1历元的轨道空间误差

    图  9  采用20历元进行克里金外推1历元的轨道空间误差序列

    表  1  实验选用LEO卫星轨道信息

    卫星轨道类型轨道高度/km运行1圈时长/h
    GRACE-B近极圆轨道5001.56
    Sentinel-1B极地太阳同步轨道6931.60
    HY-2A太阳同步轨道9711.75
    Jason-3非太阳同步轨道13362.00
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    表  2  各颗LEO卫星轨道的拟合点位空间误差RMS cm

    策略GRACE-BSentinel-1BHY-2AJason-3
    [6, 6] 4.2 2.9 2.1 1.1
    [6, 8] 19.9 14.1 10.5 5.6
    [6, 10] 68.4 48.7 36.7 19.4
    [6, 12] 188.4 134.6 101.5 53.7
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    表  3  采用6、8个历元进行克里金拟合轨道的空间误差RMS m

    历元数目GRACE-BSentinel-1BHY-2AJason-3
    647.838.931.320.1
    843.332.727.917.3
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    表  4  采用[8,10]策略切比雪夫多项式外推轨道的空间误差

    外推历元/sGRACE-B/ mSentinel-1B/ mHY-2A/ mJason-3/ m
    1( 60 s)0.0820.0330.0060.002
    2(120 s)4.8161.2570.0410.012
    4(240 s)35.63013.8404.4831.403
    6(360 s)93.06075.49018.7107.940
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    表  5  采用20个历元进行克里金预报时外推轨道的空间误差

    外推历元/sGRACE-B/mSentinel-1B/mHY-2A/mJason-3/m
    1(60 s)2.231.691.461.14
    2(120 s)14.7511.029.747.52
    4(240 s)191.53139.11124.3196.57
    下载: 导出CSV
  • [1] 王磊, 李德仁, 陈锐志, 等. 低轨卫星导航增强技术—机遇与挑战[J]. 中国工程科学, 2020, 22(2): 144-152.
    [2] 田润, 崔志颖, 张爽娜, 等. 基于低轨通信星座的导航增强技术发展概述[J]. 导航定位与授时, 2021, 8(1): 66-81.
    [3] 李德仁, 沈欣, 李迪龙, 等. 论军民融合的卫星通信、遥感、导航一体天基信息实时服务系统[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2017, 42(11): 1501-1505.
    [4] 张如伟, 刘根友. 低轨卫星轨道拟合及预报方法研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2008, 28(4): 115-120.
    [5] 王友存, 崔腾飞, 张涛. 基于切比雪夫多项式的LEO卫星轨道拟合与预报精度分析[J]. 煤炭技术, 2019, 38(6): 74-77.
    [6] 施斌, 罗佳. 基于插值理论的GRACE卫星精密轨道内插的研究[J]. 测绘信息与工程, 2011, 36(6): 4-7.
    [7] 向夏芸, 王密, 齐建伟, 等. ZY-3卫星轨道拟合与预报精度分析[J]. 测绘通报, 2015(1): 8-14.
    [8] 高鹏, 乔学军, 范城城. HY-2卫星精密轨道拟合与外推的两种方法比较[J]. 海洋测绘, 2013, 33(4): 58-61. DOI: 10.3969/j.issn.1671-3044.2013.04.016
    [9] 王亚菲, 钟世明, 王海涛, 等. LEO卫星轨道预报精度分析[J]. 测绘学报, 2016, 45(9): 1035-1041. DOI: 10.11947/j.AGCS.2016.20160045
    [10] 张欣欣, 王磊, 许钡榛, 等. ERP预报误差对低轨卫星精密轨道预报的影响[J]. 大地测量与地球动力学, 2020, 40(5): 482-485.
    [11] 洪樱, 欧吉坤. GPS卫星精密星历和钟差三种内插方法的比较[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2006, 31(6): 516-518,556.
    [12] 杨学锋, 程鹏飞, 方爱平, 等. 利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道坐标的研究[J]. 测绘通报, 2008(12): 1-3.
    [13] 李振昌, 李仲勤. 滑动式切比雪夫多项式拟合法在BDS精密星历内插中的应用[J]. 测绘工程, 2019, 28(4): 49-53.
    [14] 王兴, 高井祥, 王坚, 等. 利用滑动式切比雪夫多项式拟合卫星精密坐标和钟差[J]. 测绘通报, 2015(5): 6-8,16.
    [15] 谢孟辛, 张捍卫. 切比雪夫多项式拟合GPS轨道坐标的改进算法[J]. 测绘科学, 2021, 46(6): 53-58.
    [16] 许美玲, 邢通, 韩敏. 基于时空Kriging方法的时空数据插值研究[J]. 自动化学报, 2020, 46(8): 1681-1688.
    [17] 晏新村, 徐良, 周万里, 等. 克里金算法在精密星历插值中的应用[J]. 现代导航, 2021, 12(1): 29-31,36. DOI: 10.3969/j.issn.1674-7976.2021.01.007
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  • 收稿日期:  2021-08-31
  • 网络出版日期:  2022-04-13

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