無(wú)旋轉(zhuǎn)傾角的NAV/CNAV型GEO廣播星歷擬合

杜 蘭，劉澤軍，周佩元，方善傳，劉 利，馬高峰

1.信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.北京環(huán)球信息應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心，北京 100094； 3.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001

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無(wú)旋轉(zhuǎn)傾角的NAV/CNAV型GEO廣播星歷擬合

杜 蘭1，劉澤軍1，周佩元1，方善傳1，劉 利2，馬高峰3

1.信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2.北京環(huán)球信息應(yīng)用開(kāi)發(fā)中心，北京 100094； 3.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001

目前北斗GEO的星歷擬合算法和用戶衛(wèi)星位置算法均引進(jìn)了人為設(shè)置的5°傾角旋轉(zhuǎn)，此外，少數(shù)星歷參數(shù)還有超限現(xiàn)象。取消GEO的旋轉(zhuǎn)傾角和抑制參數(shù)超限能夠統(tǒng)一北斗混合星座的用戶算法?；诘谝活?lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)，分析了無(wú)旋轉(zhuǎn)傾角的GEO兩步法星歷參數(shù)擬合算法。討論了GEO的參數(shù)超限原因，提出采用固定1至2個(gè)超限參數(shù)取值的縮減參數(shù)擬合法。北斗GEO衛(wèi)星在非地影期和地影期的擬合試驗(yàn)表明，擬合成功率和擬合精度能夠保證，擬合用戶距離誤差(URE)的平均值優(yōu)于3 mm；縮減參數(shù)擬合法能夠抑制特定時(shí)段下的參數(shù)超限問(wèn)題，但是擬合URE放大到2 cm。

GEO衛(wèi)星；廣播星歷參數(shù)；無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)； 攝動(dòng)；用戶距離誤差

我國(guó)的北斗混合星座具有多GNSS時(shí)代的多衛(wèi)星類(lèi)型特征[1-2]。目前，以軌道幾何參數(shù)表征軌道短期變化的衛(wèi)星廣播星歷，以GPS標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航電文NAV(GPS navigation)和增強(qiáng)的民用導(dǎo)航電文CNAV(civil navigation)為主。這兩套星歷參數(shù)，都能很好地?cái)M合北斗近圓中高軌衛(wèi)星MEO和IGSO，但是對(duì)于北斗GEO，僅顧及了小偏心率近圓軌道，忽略了小傾角特性，因此，即使人為旋轉(zhuǎn)5°傾角，星歷參數(shù)擬合仍有潛在的奇異性，導(dǎo)致直接擬合算法不穩(wěn)定或者少數(shù)擬合參數(shù)出現(xiàn)超限現(xiàn)象[3]。此外，用戶計(jì)算衛(wèi)星位置時(shí)還需要反向旋轉(zhuǎn)5°傾角以恢復(fù)GEO軌道的正確定向[3-5]。因此從完整流程來(lái)看，GEO的廣播星歷模型與IGSO和MEO并非完全一致。

針對(duì)GEO的小偏心率和小傾角，文獻(xiàn)[6—7]引進(jìn)了第2類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)及其根數(shù)攝動(dòng)，設(shè)計(jì)了無(wú)奇點(diǎn)廣播星歷，并且可以同時(shí)適用于MEO和IGSO。但是，無(wú)奇點(diǎn)參數(shù)目前尚不普及，衛(wèi)星位置計(jì)算公式也需要較大改動(dòng)。文獻(xiàn)[8]提出以第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)為擬合參數(shù)再轉(zhuǎn)換為星歷參數(shù)的兩步法，也不用旋轉(zhuǎn)傾角，但是仿真結(jié)果表明，該擬合算法不能很好地適應(yīng)小傾角情況。

針對(duì)星歷擬合參數(shù)的變化范圍超出導(dǎo)航電文接口設(shè)計(jì)門(mén)限的參數(shù)超限問(wèn)題，文獻(xiàn)[3]介紹了GEO衛(wèi)星廣播星歷參數(shù)超限的現(xiàn)象和規(guī)律，基于軌道動(dòng)力學(xué)特性分析了Δn參數(shù)超限的原因，并提出了固定Δn參數(shù)+參數(shù)嶺估計(jì)+調(diào)整擬合弧長(zhǎng)的綜合策略。該策略能解決參數(shù)超限，但是嵌套判斷和調(diào)用多種算法過(guò)于復(fù)雜和繁瑣，其中嶺估計(jì)需要經(jīng)驗(yàn)確定嶺參數(shù)。

本文在文獻(xiàn)[8]的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了無(wú)需人為旋轉(zhuǎn)5°傾角的GEO星歷參數(shù)擬合算法。首先，擬合參數(shù)集基于第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)，以消除小偏心率引起的數(shù)學(xué)奇異。其次，從攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，討論了3個(gè)長(zhǎng)期攝動(dòng)參數(shù)由于小傾角導(dǎo)致的系數(shù)放大。最后，針對(duì)GEO的參數(shù)超限時(shí)段，引進(jìn)縮減參數(shù)擬合法。試驗(yàn)分析了包含地影期在內(nèi)的北斗GEO星歷數(shù)據(jù)擬合和衛(wèi)星位置計(jì)算，結(jié)果表明，在不改變現(xiàn)有導(dǎo)航電文的參數(shù)接口設(shè)計(jì)條件下，統(tǒng)一北斗混合星座的星歷擬合算法和用戶算法是可行的，擬合精度優(yōu)于5 cm。

1 GEO的兩步法星歷參數(shù)算法

衛(wèi)星在慣性系下的軌道運(yùn)動(dòng)描述常采用3種軌道根數(shù)，即開(kāi)普勒根數(shù)、第1類(lèi)和第2類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)[9]。其中，第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)是專(zhuān)用于描述小偏心率軌道及其軌道變化的無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)，并已長(zhǎng)期用于近圓軌道衛(wèi)星的軌道描述，如GPS的星歷參數(shù)等[10]。

1.1 近圓軌道和第一類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)

經(jīng)典開(kāi)普勒根數(shù)(a,e,i,Ω,ω,M)分別表示軌道半長(zhǎng)軸、偏心率、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近點(diǎn)角距和平近點(diǎn)角。

在小偏心率情況下，用開(kāi)普勒軌道根數(shù)描述近圓軌道具有奇異性。由于橢圓的拱線(即近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)連線)幾何意義模糊，近點(diǎn)角距ω和平近點(diǎn)角M難以分離，兩參數(shù)具有強(qiáng)負(fù)相關(guān)性。為此，引進(jìn)了第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)σ1=[ae1iΩu]，

其與開(kāi)普勒根數(shù)的關(guān)系為[7]

(1)

式中，二維偏心率矢量e1的大小等于偏心率，方向指向近點(diǎn)，并且橢圓運(yùn)動(dòng)方向的快變量采用新的組合量u，組合量去除了ω和M的負(fù)相關(guān)性。

在理想無(wú)攝運(yùn)動(dòng)條件下，描述同一軌道的3類(lèi)軌道根數(shù)可以直接轉(zhuǎn)換。在各種攝動(dòng)力作用下，軌道的變化還對(duì)應(yīng)了軌道根數(shù)的攝動(dòng)。通常軌道根數(shù)的攝動(dòng)變化依據(jù)時(shí)變特性分為3類(lèi)，即長(zhǎng)期項(xiàng)、長(zhǎng)周期項(xiàng)和短周期項(xiàng)。但是，若僅僅描述數(shù)小時(shí)內(nèi)的軌道星下點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性，并保證擬合算法的穩(wěn)健性和節(jié)省發(fā)播電文數(shù)據(jù)，通常要求用有限數(shù)量的參數(shù)表征主要的軌道變化，同時(shí)用戶仍能夠采用簡(jiǎn)便的解析公式計(jì)算衛(wèi)星的受攝位置向量。

以16參數(shù)的GPS廣播星歷參數(shù)為例，雖然GPS衛(wèi)星軌道具有小偏心率特點(diǎn)，但是卻采用了開(kāi)普勒根數(shù)和第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)的綜合表示法[11]

(1) 軌道參數(shù)采用開(kāi)普勒根數(shù)形式。其中將升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω修改為升交點(diǎn)經(jīng)度Ωe=Ω-θg(θg表示Greenwich恒星時(shí))，由于吸收了一階地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)，反映了星下點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征。

1.2 無(wú)奇點(diǎn)擬合參數(shù)集

文獻(xiàn)[8]提出先計(jì)算第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)形式的擬合參數(shù)再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)廣播星歷參數(shù)的兩步法，既保證了擬合算法的穩(wěn)定性，同時(shí)具有轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。該算法在MEO和IGSO衛(wèi)星的星歷參數(shù)擬合中均獲得驗(yàn)證。

16參數(shù)NAV和18參數(shù)CNAV廣播星歷，除了星歷參考時(shí)刻toe，基于第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)及其攝動(dòng)的無(wú)奇點(diǎn)擬合參數(shù)集為[8,12-14]

(2)

(3)

1.3 星歷攝動(dòng)參數(shù)的超限和對(duì)策

1.3.1 星歷攝動(dòng)參數(shù)的變化范圍

星歷參數(shù)作為導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)內(nèi)容，需要根據(jù)各參數(shù)變化范圍進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，并在接口控制文檔(interface control document，ICD)中按照規(guī)定的格式表示成二進(jìn)制比特流的形式。為討論方便起見(jiàn)，表1僅列出了NAV和CNAV的攝動(dòng)星歷參數(shù)的參數(shù)適用范圍指標(biāo)[11-13]。

表1 GPS 的NAV和CNAV接口設(shè)計(jì)的攝動(dòng)參數(shù)適用范圍Tab.1 Scope of application of perturbed parameters in ICD of GPS NAV and CNAV

從表1可以看出，CNAV在NAV接口設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，調(diào)整了大部分?jǐn)z動(dòng)參數(shù)的適用范圍，僅有idot和Δn(CNAV中稱(chēng)為Δn0)保持不變。此外，北斗導(dǎo)航電文與NAV相比，有兩個(gè)攝動(dòng)參數(shù)有變化，即Crc和Crs的適用范圍放大了一倍[15]。

星歷參數(shù)的變化范圍必須控制在其設(shè)計(jì)的適用范圍內(nèi)，否則在編碼導(dǎo)航電文時(shí)超過(guò)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)分配給該參數(shù)的比特位限制，即參數(shù)超限[3]。

1.3.2 星歷攝動(dòng)參數(shù)的超限分析

(4)

式中，R表示攝動(dòng)位。

由于GEO軌道的小傾角，式(4)的3個(gè)方程都有小分母問(wèn)題。即使預(yù)先實(shí)施了旋轉(zhuǎn)5°傾角，假定i=5°，有1/sini≈11.5，cosi≈1，代入式(4)可知：

長(zhǎng)期的GEO星歷擬合表明，只有Δn有星歷超限現(xiàn)象，且通常出現(xiàn)在月球攝動(dòng)引起的半月周期變化的峰值附近[3]。

1.3.3 參數(shù)超限的抑制新方法

在不能修改參數(shù)接口設(shè)計(jì)的條件下，文獻(xiàn)[5]提出了幾種抑制超限的方法，即固定Δn參數(shù)+參數(shù)嶺估計(jì)+調(diào)整擬合弧長(zhǎng)的綜合策略。對(duì)于Δn出現(xiàn)超限的特定擬合時(shí)段，首先采用固定Δn參數(shù)，如接近門(mén)限的某數(shù)值，從而不參與解算，其實(shí)質(zhì)是一種縮減參數(shù)的擬合算法。對(duì)于仍然超限的擬合時(shí)段，采用嶺估計(jì)方法，通過(guò)壓縮待估計(jì)參數(shù)的模，在保證擬合誤差的前提條件下，將參數(shù)控制在接口范圍門(mén)限以內(nèi)。此外，還需要適當(dāng)增加擬合時(shí)段長(zhǎng)度對(duì)參數(shù)變化范圍進(jìn)行調(diào)控。

本文利用攝動(dòng)參數(shù)間的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，提出一種改進(jìn)的超限抑制方法。該方法采用單一的縮減參數(shù)擬合法，無(wú)需嶺估計(jì)，也不需要反復(fù)改變擬合時(shí)段長(zhǎng)度。

(5)

改進(jìn)的超限抑制方法，流程如下：

(1) 采用無(wú)奇點(diǎn)參數(shù)擬合算法，判斷Δn是否超限。

(4) 統(tǒng)一將無(wú)奇點(diǎn)擬合參數(shù)轉(zhuǎn)換為星歷參數(shù)。

2 試驗(yàn)和分析

采用北斗混合星座的5顆GEO衛(wèi)星G1～G5進(jìn)行兩步法星歷擬合試驗(yàn)。地固系衛(wèi)星位置向量來(lái)自精密星歷的軌道外推結(jié)果，外推10～11 d，并根據(jù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)EOP轉(zhuǎn)換至地固系，具體力模型設(shè)置參見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。非地影期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)從2016年4月底開(kāi)始，其中G4衛(wèi)星由于軌道出現(xiàn)問(wèn)題，缺少精密星歷。地影期數(shù)據(jù)時(shí)段從2013年春分日開(kāi)始，GEO每年兩次的地影季分別在春分日和秋分日附近，每次持續(xù)46 d[16-20]；地影季期間，GEO衛(wèi)星每天有約1 h位于地影內(nèi)。

為適應(yīng)每小時(shí)的星歷更新模式，將10 d左右的連續(xù)軌道數(shù)據(jù)逐小時(shí)分組，每組分別包含2 h和3 h時(shí)段，時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)間隔300 s。參數(shù)解算采用最小二乘擬合，當(dāng)前后兩次擬合的殘差均方差(RMS)的相對(duì)偏差小于0.001時(shí)，迭代結(jié)束。GEO的軌道半長(zhǎng)軸的參考值aref取為42 165 760 m[15]。

軌道參數(shù)化的誤差常借助于URE進(jìn)行表征，稱(chēng)為擬合URE[6]。URE是計(jì)算星歷和鐘差誤差對(duì)定位影響的一個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[1，21]。URE的來(lái)源主要是外推的軌道和鐘差誤差，此外還包括星歷參數(shù)擬合和鐘參數(shù)擬合的擬合誤差。這里僅分析星歷參數(shù)擬合的單項(xiàng)影響，即將事后精密星歷數(shù)據(jù)作為軌道位置真值，因此評(píng)定的星歷計(jì)算和URE均是數(shù)學(xué)意義上的擬合精度，不包括軌道和鐘差自身的計(jì)算和預(yù)報(bào)誤差。擬合URE是軌道位置分量均方差的加權(quán)平均[4-5]，即

2.1 擬合次數(shù)和擬合精度

分別對(duì)地影期和非地影期數(shù)據(jù)時(shí)段進(jìn)行擬合，圖1給出了2h擬合時(shí)段的NAV星歷擬合統(tǒng)計(jì)結(jié)果，圖2給出了3h擬合時(shí)段的CNAV星歷擬合統(tǒng)計(jì)結(jié)果。為了對(duì)比混合星座的3類(lèi)軌道，圖2給出了CNAV星歷對(duì)北斗混合星座的14顆GEO/IGSO/MEO衛(wèi)星的結(jié)果。

圖1 NAV星歷擬合結(jié)果(非地影季(左)和地影季(右))Fig.1 NAV-ephemeris fit results during non-eclipse (left) and eclipse(right) seasons

圖2 CNAV星歷擬合結(jié)果(非地影季(左)和地影季(右))Fig.2 CNAV-ephemeris fit results during non-eclipse (left) and eclipse(right) seasons

分析圖1、圖2可以看出：

(1)GEO的擬合成功率均為100%，擬合迭代次數(shù)均穩(wěn)定為3或4次。可以看出，雖然基于第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)的擬合參數(shù)對(duì)小傾角軌道描述有數(shù)學(xué)奇異問(wèn)題，導(dǎo)致解算法方程存在潛在的病態(tài)性，但是各試驗(yàn)數(shù)據(jù)段均沒(méi)有出現(xiàn)迭代發(fā)散的現(xiàn)象。

(2) 地影數(shù)據(jù)對(duì)GEO徑向擬合精度影響最為顯著，因而直接反映到擬合URE。對(duì)比圖1(a)和圖2(a) 的左右兩圖，尤其是圖2(a)的3hCNAV擬合，徑向擬合RMS的最大值達(dá)到甚至超過(guò)沿跡方向。

(3)GEO擬合URE統(tǒng)計(jì)平均值均穩(wěn)定優(yōu)于3mm(圖1(b)和圖2(b))；非地影期的最大值優(yōu)于6mm，地影期間可超過(guò)1cm。

(4) 過(guò)地影數(shù)據(jù)會(huì)影響3～5個(gè)連續(xù)時(shí)段的GEO擬合URE。圖1(c)和圖2(c)的右圖分別給出了G2星的時(shí)序擬合URE，每天1h的進(jìn)出地影期間，光壓攝動(dòng)力消失，引起軌道不平穩(wěn)變化，導(dǎo)致衛(wèi)星每天相關(guān)的2h或3h擬合時(shí)段出現(xiàn)連續(xù)一致的跳變現(xiàn)象，比無(wú)地影時(shí)高出2～4倍。

(5)GEO衛(wèi)星的位置擬合精度與其他兩類(lèi)衛(wèi)星量級(jí)相當(dāng)(圖2(a))。由于2h對(duì)應(yīng)GEO和IGSO的1/12軌道弧段，對(duì)應(yīng)MEO則約1/6弧長(zhǎng)，因此MEO的擬合精度略低些，尤其是沿跡向。

2.2NAV星歷攝動(dòng)參數(shù)的變化范圍

(2)NAV星歷參數(shù)Δn出現(xiàn)大幅超限現(xiàn)象，其限差為±3.725 3e-009，對(duì)應(yīng)圖中的兩條直線。5個(gè)GEO衛(wèi)星的多個(gè)10d試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，超限時(shí)段共計(jì)913組，占總時(shí)段的40%，見(jiàn)表2。

圖3 GEO的NAV星歷參數(shù)和的變化范圍

2.3NAV超限抑制算法

為滿足參數(shù)接口設(shè)計(jì)，采用固定超限參數(shù)取值的縮減參數(shù)擬合算法。首先，對(duì)Δn超限時(shí)段采用單參數(shù)縮減重新擬合；其次，對(duì)仍超限的剩余時(shí)段采用雙參數(shù)縮減重新擬合。固定值方案為

表2列出了超限時(shí)段的統(tǒng)計(jì)。采用單參數(shù)縮減的擬合算法，將占40%總時(shí)段的Δn超限時(shí)段減少到17個(gè)，再對(duì)這不到1%的超限時(shí)段進(jìn)行雙參數(shù)縮減的擬合計(jì)算，即可完全消除超限問(wèn)題。

表2 超限時(shí)段的統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of fitting arcs with perturbed parameters out of limits

圖4列出了全部Δn超限時(shí)段的單參數(shù)縮減的擬合結(jié)果。橫坐標(biāo)是超限時(shí)段個(gè)數(shù)，每顆星的擬合參數(shù)值進(jìn)行了疊加，與圖3相比可知：

2.4 CNAV超限抑制算法

圖4 固定Δn的NAV星歷參數(shù)和的變化范圍

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)北斗混合星座的用戶算法通用性，需要對(duì)GEO衛(wèi)星采用無(wú)人為傾角旋轉(zhuǎn)的星歷擬合算法。已有文獻(xiàn)提出采用基于第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)的MEO和IGSO星歷參數(shù)擬合算法，但是沒(méi)有針對(duì)GEO進(jìn)行廣泛的擬合驗(yàn)證和分析。本文選取了北斗的5顆GEO衛(wèi)星在地影季和非地影季的10 d軌道數(shù)據(jù)，就GEO擬合精度、成功率和星歷參數(shù)接口設(shè)計(jì)開(kāi)展試驗(yàn)分析，并對(duì)比了MEO和IGSO的擬合結(jié)果。通過(guò)16參數(shù)NAV和18參數(shù)CNAV的星歷擬合試驗(yàn)，初步結(jié)果表明：

圖5 Δn超限和idot超限的NAV星歷擬合結(jié)果Fig.5 NAV-ephemeris fit results with Δn and idot out of limit

圖6 固定Δn的CNAV星歷參數(shù)的變化范圍Fig.6

(1) 基于第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)的星歷參數(shù)擬合算法，能夠適用于GEO的星歷擬合，并且能夠反映出地影數(shù)據(jù)對(duì)軌道擬合的顯著影響。GEO的擬合URE精度與MEO和IGSO的結(jié)果相當(dāng)，擬合URE統(tǒng)計(jì)平均值均穩(wěn)定優(yōu)于3 mm，最大值優(yōu)于5 cm。

(2) GEO衛(wèi)星有星歷參數(shù)Δn(或Δn0)的超限現(xiàn)象。超限擬合時(shí)段達(dá)到總時(shí)段的40%，其根源是第1類(lèi)無(wú)奇點(diǎn)根數(shù)對(duì)GEO軌道描述的奇異性。

(3)縮減參數(shù)擬合法能夠解決GEO參數(shù)超限問(wèn)題。擬合參數(shù)的減少導(dǎo)致軌道面外法向位置分量的擬合誤差變大，但是能夠滿足擬合URE的精度要求。

致謝：特別感謝國(guó)家留學(xué)基金委對(duì)筆者在德國(guó)地學(xué)研究中心公派訪學(xué)的資助。

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(責(zé)任編輯：陳品馨)

GEO NAV/CNAV-type Broadcast Ephemeris Fitting without Rotation of Inclination

DU Lan1，LIU Zejun1，ZHOU Peiyuan1，F(xiàn)ANG Shanchuan1，LIU Li2，MA Gaofeng3

1.College of Navigation & Aerospace Engineering, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China； 2.Beijing Global Information Application and Development Center, Beijing 100094, China； 3.Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China

The GPS-type broadcast ephemerides are currently used by BDS constellation.However, a 5°-rotation added on the original orbital inclination is needed in the GEOs ephemeris parameters fitting algorithm as well as in the user satellite position computation because of the singularity due to small inclination.Besides, the phenomena of exceeding the given boundary happen occasionally for some ephemeris parameters of GEOs.In order to unify the user ephemerides algorithm for the hybrid constellation, a two-step GEO broadcast ephemerides fitting algorithm was analyzed based on the first class nonsingular orbital elements.After the investigation on the reason for the variations of some ephemeris parameters out of limited range, a reduced fitting parameter set was adopted by giving the underlying one or two parameters with fixed values.Fit simulations for 5 GEOs during both eclipsing and non-eclipsing periods show that the two-step fitting algorithm has considerable robustness to ensure the success rate and fitting accuracy.The mean fitting user range error of GEOs with 2 h for NAV and 3 h data set for CNAV are better than 3 mm.For specific fit arcs with the boundary-exceeding problem, it can be fully avoided by using the fitting algorithm with a reduced fitting parameter set.However, the fitting URE will increase to 2 cm.

GEO satellites; broadcast ephemeris parameters; nonsingular orbital elements; perturbation; user range error

The National Natural Science Foundation of China (Nos.41204022；41374042；U1431115)

DU Lan(1970—)，female，PhD，professor，majors in orbital dynamics and satellite navigation.

杜蘭，劉澤軍，周佩元，等.無(wú)旋轉(zhuǎn)傾角的NAV/CNAV型GEO廣播星歷擬合[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(3)：297-306.

10.11947/j.AGCS.2017.20160393.

DU Lan，LIU Zejun，ZHOU Peiyuan，et al.GEO NAV/CNAV-type Broadcast Ephemeris Fitting without Rotation of Inclination[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(3):297-306.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160393.

P228

A

1001-1595(2017)03-0297-10

國(guó)家自然科學(xué)基金(41204022；41374042；U1431115)

2016-08-11

修回日期：2017-02-10

杜蘭(1970—)，女，博士，教授，研究方向?yàn)檐壍懒W(xué)和衛(wèi)星導(dǎo)航。

E-mail：dulan2015@qq.com