卫星广播星历的形成.ppt

北斗运行控制策略,谭述森,二一年五月,摘要：根据北斗的任务及特色，介绍了北斗运行控制的任务，分析北斗运行控制的形式，阐述在该形式下面临的困难。提出了北斗星间、星地及地面联合观测处理策略。对该策略下的星间观测、星地观测具体任务、特点、处理内容进行重点介绍。最后就系统平稳过渡及稳定运行进行了总结。,2,一、北斗的任务及特色（一）北斗任务任务：实现全球导航（10m）满足中国区域ICAOCAT-1需求精度18.2m/7.7m4.4m(95%)非连续性10-6/15s非完好性210-7/进近告警时间6s可用性0.9975,3,一、北斗的任务及特色满足中国区域位置报告及短电文通信实现GNSS互操作GPS：L1c、L5，Galileo:L1,E5北斗特色：突出区域服务能力中国区域广域增强是北斗的重要建设任务广域增强系统是北斗运行控制系统的组成部分,4,一、北斗的任务及特色突出位置报告与短电文通信功能位置报告与RDSS定位业务同时完成定位与位置报告最短完成时间1s定位与指挥调度于一体,5,一、北斗的任务及特色事件的内容与发生的地点时间在一封短信中完成摆脱了“先定位再报告”的若干苦恼与弊病（时间达120s.用户属性混淆、位置与时间错位）,6,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务1、观测数据采集采集地面站对卫星观测的观测参数伪距观测量载波相位观测量星地时间同步观测量,7,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务采集星间相互观测量星间双向时间同步观测量,8,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务2、观测参数处理卫星钟差及预报参数卫星星历及预报参数电离层校正参数处理及预报导航信息完好性处理及告警,9,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务3、卫星广播星历的形成、注入与发布卫星钟差历书及精密轨道电离层参数,10,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务4、星座评定及管理星座覆盖特性评定及管理星座可用性评价及管理卫星非连续性中断处理与恢复卫星可用性评价与管理卫星组网质量评价与调度,11,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务5、GNSS互操作与广域增强提供GNSS互操作校正参数（系统时间偏差、系统座标改正）提供GNSS星历、校正参数提供服务区电离层校正参数,12,一、北斗的任务及特色（二）北斗运行控制任务6、完成用户服务与管理支持RDSS业务实现授权用户的位置报告实现调度部门对授权用户的位置、通信监管,13,一、北斗的任务及特色（三）国外卫星导航运行控制基本形式1、GPS地面全球布站运行控制+星间链路维持180天自主运行主控站（MCS）美国科罗拉多州喷泉城空军基地备用主控站马萨诸塞州盖塞尔斯堡监测站全球布5个站地面网连接观测量伪距,14,一、北斗的任务及特色（三）国外卫星导航运行控制基本形式上行注入站全球4个地面能见角72度处理数据：联合伪距解卫星钟差及轨道参数全星座卫星钟差及轨道精度对病态钟免疫力低优势光压模型在R星以后提高一个数量级.R铷钟天稳定度110-14,15,一、北斗的任务及特色（三）国外卫星导航运行控制基本形式控制数据：超差星历更新，3次加载/星/日URE均方根值为4.2m(1),16,一、北斗的任务及特色（三）国外卫星导航运行控制基本形式星间链路维持自主运行精度GPSBlockR设有UHF星间链路机理：观测量伪距。充分利用6个轨道面优势和改进1个数量级的太阳光压模型，定轨精度高之优势，在180天星历支持下相互定位，修正星历。典型情况每颗星可观测另外816颗卫星。DOP值低缺点：精度维持能力差，对病态卫星钟免疫力低,17,一、北斗的任务及特色2、GLONASS境内布站运行控制形式地面控中心（莫斯科）处理特点:监测接收机观测伪距C波段雷达观测量为距离、速度独立计算钟差由距离量和速度量求卫星位置卫星钟误差对轨道精度耦合小,18,一、北斗的任务及特色2、GLONASS境内布站运行控制形式监测站分布仅确保俄领土内的高精度星历控制。经度方向跨度为180度注入站星历和时差注入12次/星/日激光站（20套）测定地球坐标地球引力场模型修正定轨精度,19,一、北斗的任务及特色2、GLONASS境内布站运行控制形式时间同步站观测量伪距计算量时差1次/星/日星上时差参数更新2次/星/日特点：星历和时间同步分别解算无星间链路,20,一、北斗的任务及特色3、Galileo全球布站地面控制中心（一主一备）欧洲地面站上下行遥控遥测及测距向卫星注入导航信息及时钟修正参数2个位于欧洲，3个位于全球,21,一、北斗的任务及特色有：法国的Toulouse德国的Weiheim澳大利亚的Perth美国的檀香山南美的Falxlands纬度跨越48度-52度经度跨越360度机理同GPS，但卫星钟及太阳光压的模型有差距星间链路无,22,一、北斗的任务及特色（四）北斗特色及运行控制形式分析优势：RDSS+RNSS两种体制GEO+IGSO+MEO多钟轨道选择RNSS应用+RDSS定位及位置报告应用,23,一、北斗的任务及特色（四）北斗特色及运行控制形式分析差距：国土幅原有限南北38度东西60度地面观测量只能确保区域导航精度太阳光压模型精度低一个数量级差距20年卫星钟长稳、长漂低一个数量级差距20年,24,一、北斗的任务及特色（四）北斗特色及运行控制形式分析2、运行控制形式分析境内设地面观测站+星间双向时间同步观测实现全球高精度星历控制不同高度卫星构成固定、非固定双向时间同步GEO、IGSO星地链路构建稳定星间网络与地面网络联合运行模式,25,一、北斗的任务及特色（四）北斗特色及运行控制形式分析RDSS分布式处理系统服务于定位与位置报告（短电文通信）GNSS互操作与广域增强系统联合运行模式降低互操作系统及终端复杂度提升互操作性能,26,二、北斗运行面临的形势分析（一）不利形势1、幅原有限，地面观测量、星地观测量难以支持全球稳定运行星历精度境外设站缺乏稳定的地面网络支持,27,二、北斗运行面临的形势分析2、卫星太阳光压模型缺乏考炼、精度控制能力差定轨精度需磨炼3、卫星钟与R110-14差距大、且优劣参差不齐4、星间链路模式需进一步探讨,28,二、北斗运行面临的形势分析（二）有利形势1、具有星地双向时间同步、站间双向时间同步应用成果理论成熟机理清楚同一路径双向伪距观测是提高两站时间同步的关键已达2ns同步精度,29,二、北斗运行面临的形势分析2、具有高精度时间同步下的定轨技术支持时间同步、精密轨道分别求解时间同步精度高（显著优于GLONASS）,30,二、北斗运行面临的形势分析对病态钟的免疫能力强病态卫星钟不影响系统时不影响其它卫星钟差精度对定轨精度影响弱,31,二、北斗运行面临的形势分析3、具有多种定轨方式的联合评定方法4、具有三种不同高度的卫星组网有优势可用：构成统一星间链路管理模式降低星地工作频度（不须MEO星地链路频繁介入）,32,二、北斗运行面临的形势分析同轨道面内的卫星双向时间同步有利于提高时间同步精度（相对距离变化量小）布设于空间时间站的优良卫星钟可以提升劣质钟的时间同步精度境内一个星地时间同步/注入站的有效工作可在星间链路协同下维持系统稳定工作,33,二、北斗运行面临的形势分析（三）跨越式发展的基本思路1、面对差距，加强基础理论技术研究加强卫星原子钟攻关及生产建设达到R卫星铷钟水平积累三种轨道卫星光压模型精准度经验，力争在2020年达到R卫星水平,34,二、北斗运行面临的形势分析2、提高对组网卫星连续观测弧段提高卫星钟时间同步处理及预报频度由10小时16小时间隔缩短至23小时提高卫星轨道处理及预报频度每2小时预报周期均有新观测参数支持,35,二、北斗运行面临的形势分析（四）多手段、多链路信号观测，多任务并行处理是北斗运行控制的基本策略包括：地面站对导航信号观测星地时间同步双向伪距观测星间时间同步双向伪距观测,36,二、北斗运行面临的形势分析星钟利用星地双向伪距钟差处理星钟利用星间双向伪距钟差处理星间伪距定轨处理星间、地面联合伪距定轨处理,37,三、星间星地及地面联合观测处理策略（一）星间观测及数据交换任务分析1、星间观测量的定义星间观测量为双向伪距同步观测量定义：在t时刻卫星A、B获得观测对方的伪距为：（1）（2）卫星A、B钟差为（3）,38,三、星间星地及地面联合观测处理策略（一）星间观测及数据交换任务分析为卫星A对B的伪距观测量为卫星B对A的伪距观测量为t时刻两星间的空间距离为求解的两星间钟差,39,三、星间星地及地面联合观测处理策略（一）星间观测及数据交换任务分析T为两星存在的钟差是与伪距变化率和钟差有关的改正项，当相对距离等于常数时，有钟差（4）,40,三、星间星地及地面联合观测处理策略（一）星间观测及数据交换任务分析同一轨道面固定两星间相对距离变化0两星间的钟差精度与伪距观测时刻成松耦合所以，同一轨道面的星间钟差精度高非同轨道面的星间钟差观测精度低,41,三、星间星地及地面联合观测处理策略2、星间观测的任务获得双向时间同步获得定轨观测量获得电离层校正参数交换观测量（数据）,42,三、星间星地及地面联合观测处理策略（二）提高星间观测量精度措施1、合理的星间路由选择和连续测量是提高星间观测量精度的基本手段同轨道面星间观测优于异轨道面星间观测量,43,三、星间星地及地面联合观测处理策略（二）提高星间观测量精度措施间双向时间精度高异轨道面星间双向时间同步精度低,44,三、星间星地及地面联合观测处理策略不同高度轨道所在卫星精度低与间同步精度低优选同轨道面的星间双向时间同步观测路非同轨道面的任务以数据交换为主,45,三、星间星地及地面联合观测处理策略2、以GEO卫星为通信节点是提高数据交换效率和安全性的有效方法MEO对地交换系统复杂度高GEO对地交换系统复杂度低,46,三、星间星地及地面联合观测处理策略3、定向连续观测是确保星间链路强度的合适选择以固定指向链路为优以顺序分别指向链路为劣,47,三、星间星地及地面联合观测处理策略4、以稳定节点（GEO）卫星钟为构架的空间时间站削弱劣质卫星钟对全系统星历精度的影响GEO高质量星钟可同步全系统钟避免劣质量对另外卫星星历精度的影响,48,三、星间星地及地面联合观测处理策略（三）GEO卫星与地面间观测参数与数据交换1、任务实现太空时间站主钟与地面钟同步获得星座定向参数实现GEO与其它卫星间的伪距观测星间数据与注入参数交换,49,三、星间星地及地面联合观测处理策略（三）GEO卫星与地面间观测参数与数据交换2、基本策略GEO为星地数据交换主链路IGSO为星地数据交换辅助链路MEO为星地设备验证链路,50,三、星间星地及地面联合观测处理策略（四）地面观测数据的用途及处理1、增强中国区域导航定位精度2、提供CAT-1完好性监测数据3、验证星间数据的有效性4、支持全球高精度星历5、支持GNSS互操作及性能增强,51,三、星间星地及地面联合观测处理策略四、北斗平稳过渡及稳定运行策略（一）平稳过渡概念北斗试验阶段RDSS服务