卫星姿态、光压与天线相位中心模型对Multi-GNSS精密定轨的影响

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稳定的精密轨道产品是Multi-GNSS高精度应用的前提。本文针对目前Multi-GNSS星座情况,分析了天线相位中心改正、卫星偏航姿态模型、太阳光压模型、地球反照辐射压以及星体辐射力对BDS-3、Galileo和QZSS精密定轨的影响。主要工作和结论如下:1)对于Galileo卫星天线地面标定值,其定轨结果与使用DLR/GFZ PCO估值的定轨结果从重叠轨道RMS上看差异很小,主要是由于两组PCO值的主要差异在Z向,与卫星钟差高度相关。对于地面接收天线相位中心改正,使用GPS自动机器人改正值进行Galileo定轨时将造成一定偏差,如测站天顶坐标估值与GPS精密单点定位结果存在最大超过2 cm的偏差。当使用Galileo自身信号的天线相位中心微波暗室标定值时,GPS、Galileo坐标的不一致性可以得到有效削弱,Galileo卫星定轨结果的SLR平均偏差可以得到减小,SLR标准差也减小最大0.5 cm。2)分析了偏航姿态模型对BDS-3、Galileo、QZSS定轨的影响。相比于名义姿态,姿态建模能够有效减小BDS-3和Galileo定轨处理的LC残差。以E01卫星为例,使用名义姿态的LC残差RMS值为1.80 cm,姿态建模后的LC残差RMS为1.61 cm,相比于名义姿态减小了10.6%。姿态建模能够提升|β|≈0时期的定轨精度,CAST BDS-3卫星、SECM BDS-3卫星、Galileo IOV、Galileo FOCe、Galileo FOC、QZS-2和QZS-4卫星的轨道误差可分别减小8.3%、7.4%、4.9%、5.7%、8.7%、7.7%和12.7%。同时,姿态建模也能够提升|β|≈0时期的钟差精度。3)评估了先验Box-wing光压模型对Galileo定轨的影响。从重叠轨道误差来看,先验Box-wing光压模型对于所有Galileo卫星均能够达到径向优于1.5 cm的定轨水平;从SLR残差标准差来看,Galileo的先验Box-wing模型能够取得径向优于4 cm的定轨精度。先验Box-wing模型还能够减弱SLR残差与△u、ε的相关性、减小钟差估值的重叠误差、提高钟差的频率稳定度。同时,使用卫星几何光学参数构建了BDS-3先验Box-wing模型。该模型可以将重叠误差轨道减小到CAST卫星(22.1,14.9,5.6)cm、SECM卫星(24.7,13.1,6.7)cm,相比于ECOM2模型轨道精度提升了 13-40%。4)通过将QZSS IGSO卫星的L波段导航天线模型化为一个上下截面直径不同“圆台”,构建了先验Box-wing-hat模型,可以得到相比于ECOM、ECOM2和先验Box-wing模型更稳定的光压参数估值。对于处于动偏期的QZSS-1、QZSS-2和QZSS-4,先验Box-wing-hat模型可以得到最小的轨道重叠误差和最小的SLR标准差,分别为径向重叠误差1.6 cm、2.3 cm和2.7 cm;SLR标准差5.6 cm、5.5cm、5.3 cm。先验Box-wing-hat模型同样可以取得最好的钟差精度和频率稳定性。5)改正地球反照辐射压可以有效减小Galileo卫星的SLR平均偏差。使用ECOM2光压模型时,IOV、FOCe、FOC卫星的平均偏差分别从-2.7cm、-2.0cm和-2.8 cm减小到-0.8 cm、-0.1 cm和-0.9 cm,改进了1.9 cm。考虑地球反照辐射压也能将Galileo卫星的SLR标准差减小约0.1-0.2 cm。数值型改正模型的效果与经验模型类似。先验Box-wing光压模型下,考虑地球反照辐射的Galileo卫星SLR残差标准差与不考虑情况相比也能得到减小。对于QZSS IGSO卫星,ECOM2模型下改正地球反照辐射压可以使得SLR的平均偏差从-5.1 cm减小到-2.8 cm。6)初步考虑了星体辐射力对Galileo与QZSS定轨的影响。使用考虑颗星体辐射力的改进ECOM2模型,能够显著减小Galileo、QZSS卫星的轨道误差,其中Galileo卫星的切向、法向与径向可分别减小约2.0 cm、0.6 cm和1.0 cm,QZSS IGSO卫星分别减小了 1.7 cm、0.6 cm和 1.1 cm。
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