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我国的北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System,BDS)已完成区域系统建设,并于2012年12月27日正式向亚太区域提供导航定位服务。导航卫星精密轨道确定,对于提高北斗卫星导航系统导航、定位、授时性能以及促进其在高精度领域的推广应用具有重要意义。因此,导航卫星精密轨道确定,作为卫星导航系统的核心技术,已成为卫星导航研究领域的热点课题。 围绕如何综合利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)观测,提高北斗卫星精密轨道的准确性和可靠性,本文从以下几个方面进行了深入研究和探讨: 1)基于双差模式的GPS/BDS融合精密轨道确定 提出采用双差模式观测数据进行GPS/BDS融合精密轨道确定,设计了两种融合精密定轨策略,从多角度对融合精密定轨策略进行了评估。使用2014年10月1日至2014年11月30日134个多模GNSS试验(Multi-GNSS Experiment,MGEX)站点数据对融合精密定轨策略进行验证分析。数据处理使用了修改版的Bernese5.2软件。与BDS单系统精密定轨相比,融合精密定轨明显提高北斗倾斜轨道卫星(Inclined Geosationary Orbit,IGSO)和中轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星轨道精度,但对于地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星改善效果不明显;与MGEX分析中心轨道产品相比,IGSO卫星轨道1DRMS优于25cm,MEO卫星轨道1DRMS优于15cm,GEO卫星1DRMS为分米级到米级水平,轨道精度与MGEX分析中心轨道产品相当。 2)基于SLR数据的北斗卫星星历检核 采用2013年~2014年共2年的SLR数据对MGEX分析中心WHU、CODE、GFZ提供的北斗精密星历进行了评估,结果表明C11卫星激光残差(Root MeanSquare,RMS)为5cm,C08、C10两颗卫星的激光残差RMS为8cm,C01激光残差RMS为50cm;北斗IGSO和MEO卫星激光残差与卫星轨道面内卫星相对太阳的位置关系具有很强的相关性;GEO卫星C01激光残差RMS为0.5m左右,且视线方向存在-0.4m的系统偏差,北斗卫星精密星历与GPS精密星历还存在一定差距。首次采用SLR数据评估了BDS正式提供导航定位服务后广播星历,结果表明C01、C08、C10、C11广播星历激光检核残差RMS分别为0.97m、0.43m、0.41m、0.41m,BDS广播星历精度与GPS广播星历为同一数量级。 3)基于SLR数据的北斗卫星精密轨道确定 分析了北斗四颗卫星的激光数据的时间和空间分布特点,重点从弧段长度和参数化两个角度对SLR定轨策略进行了优化,数据解算表明9天弧段SLR数据,仅估计5个ECOM参数为最优定轨策略。基于最优策略和SLR数据,对2013年~2014年四颗北斗卫星进行定轨解算,结果表明:四颗卫星激光残差RMS均为1cm~1.5cm水平;重叠弧段差异方面,C08、C10、C11卫星径向重叠弧段差异RMS值优于20cm,切向和法向均优于2m;与MGEX分析中心轨道产品相比,C08、C10、C11卫星径向精度均优于10cm,3DRMS分别为1.44m,0.84m、0.58m,且部分时段轨道精度优于20cm,采用SLR数据可获得与MGEX分析中心轨道产品同等精度水平的卫星轨道产品。 4)GNSS和SLR联合精密轨道确定 针对北斗卫星精密定轨,首次对北斗卫星GNSS和SLR联合定轨进行了研究,设计了北斗卫星GNSS和SLR联合定轨策略,并采用实测数据对C08、C10、C11进行了联合定轨解算分析,结果表明联合SLR和GNSS数据解算的C08卫星轨道视线精度由7.08cm提高为4.72cm,C10卫星由12.23cm提高为9.16cm,C11卫星由10.9cm提高为5.38cm;轨道互差表明C08卫星GNSS和SLR联合解与GNSS单独解三维位置差异为7.49cm,C10卫星为13.82cm,C11卫星为28.21cm。因此,联合GNSS和SLR数据可以提高北斗卫星轨道视向精度,对于北斗MEO卫星轨道精度影响较大。