風云3C增強北斗定軌試驗結(jié)果與分析

曾 添，隋立芬，賈小林，計國鋒，張清華

1. 信息工程大學，河南 鄭州 450001; 2. 地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安 710054; 3. 西安測繪研究所，陜西 西安 710054; 4. 長安大學，陜西 西安 710054; 5. 解放軍理工大學，江蘇 南京 210007

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風云3C增強北斗定軌試驗結(jié)果與分析

曾 添1,3，隋立芬1，賈小林2,3，計國鋒4，張清華5

1. 信息工程大學，河南 鄭州 450001; 2. 地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安 710054; 3. 西安測繪研究所，陜西 西安 710054; 4. 長安大學，陜西 西安 710054; 5. 解放軍理工大學，江蘇 南京 210007

首次搭載GPS/BDS雙模接收機全球?qū)Ш叫l(wèi)星掩星探測儀(GNOS)的風云三號C星于2013年9月23日的成功發(fā)射，為研究低軌衛(wèi)星對BDS定軌增強提供了便利。本文首先對低軌衛(wèi)星GNOS搭載的GPS/BDS雙模接收機的觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并分析了偽距測量精度。然后在全球測站、區(qū)域測站兩種布局情況下，對無GNOS的BDS單系統(tǒng)定軌、無GNOS的GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌、有GNOS的BDS單系統(tǒng)定軌增強、有GNOS的GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌增強4種方案進行北斗軌道及鐘差比較分析。結(jié)果表明，GNOS對北斗衛(wèi)星軌道增強在全球測站下，GEO衛(wèi)星切向精度提升最為顯著，提升程度達60%，其次是法向和其他類型衛(wèi)星切向，部分弧段個別GEO衛(wèi)星徑向精度稍有下降。雙系統(tǒng)定軌增強中可視弧段鐘差重疊精度RMS值有0.1 ns量級改善。7個國內(nèi)測站區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)的定軌試驗中對軌道進行了預報，結(jié)果表明GNOS對北斗GEO衛(wèi)星軌道預報精度切向提升達85%，其余方向及衛(wèi)星有較大改善，平均21.7%。可視弧段鐘差重疊精度RMS值有0.5 ns量級改善。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；低軌衛(wèi)星；精密定軌；地球靜止軌道衛(wèi)星；軌道增強

我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)精密軌道確定精度受光壓模型建模、姿態(tài)模式切換、測站分布等多重因素的影響相比GPS仍有較大差距，為此許多學者作了相關研究工作[1-10]。目前BDS尚處于提供亞太服務能力階段，受地理等其他因素制約，BDS全球地面監(jiān)測站仍然分布不均勻且測站個數(shù)不足GPS的1/4，嚴重影響北斗衛(wèi)星定軌精度。因此有必要研究在當前測站布局情況下BDS精密定軌的增強方法。使用低軌衛(wèi)星(LEO)的星載觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合地面測站同時解算導航星軌道、低軌衛(wèi)星軌道、鐘差參數(shù)等進行星地一體定軌是一個較為有效的解決辦法。文獻[11]分析了在使用星地一體定軌策略下LEO的定軌精度改善情況。文獻[12]基于星地一體定軌試驗結(jié)果，首次分析并得出星載數(shù)據(jù)的加入可以提高GPS軌道精度，且對地球自轉(zhuǎn)參數(shù)等也有一定的改進。此后，多人作了相關的試驗分析[13-16]，表明低軌衛(wèi)星的加入可以獲得不同于地面測站的可觀性觀測量，其定軌解算得到的整體結(jié)果是僅使用地面測站定軌不能比擬的。文獻[17]通過數(shù)據(jù)仿真分析了定軌增強中的一項關鍵技術(shù)——低軌衛(wèi)星模糊度固定，指出對于星載接收機觀測數(shù)據(jù)，由于低軌衛(wèi)星運動速度快、連續(xù)觀測時間短(15～25 min)、基線更長且含電離層延遲等問題，不能沿用地面測站模糊度固定方法。提出在函數(shù)模型中使用電離層加權(quán)模型，并給出了部分模糊度固定方法。文獻[18]分析了聯(lián)合121個IGS測站在有/無JASON-2衛(wèi)星的星載GPS、SLR、DORIS觀測數(shù)據(jù)進行定軌時，多種觀測技術(shù)的組合觀測量對GPS軌道的增強程度。結(jié)果表明星載觀測數(shù)據(jù)不僅有助于提升單獨解算地面測站模糊度的固定率，且對軌道約有7 mm量級的精度改善。

目前北斗事后精密產(chǎn)品主要使用GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌或者“兩步法”定軌策略?！皟刹椒ā奔词紫仁褂镁軉吸c定位網(wǎng)解得到地面測站坐標、天頂對流層延遲、接收機鐘差參數(shù)等，然后將這些參數(shù)固定，進行BDS精密定軌試驗。搭載有雙模接收機的風云三號C星(GNOS)于2013年發(fā)射以后[19]，文獻[20]通過使用“兩步法”評定了GNOS衛(wèi)星對BDS衛(wèi)星的軌道精度改善情況，但未評定鐘差比較結(jié)果。我國BDS 3類衛(wèi)星GEO、IGSO、MEO并存，其中GEO衛(wèi)星由于幾何變化緩慢，單獨地面測站定軌時軌道元素、光壓參數(shù)、模糊度參數(shù)等相互依賴，分離不徹底[5]。由于低軌衛(wèi)星迅速變化的特性，GNOS的加入將會對北斗GEO衛(wèi)星的定軌精度產(chǎn)生較大幅度的提升，其他類型衛(wèi)星的改善程度有待試驗論證。

基于低軌衛(wèi)星的BDS星地一體“一步”定軌增強試驗目前尚未有學者分析。聯(lián)合GNOS星載雙模接收機觀測數(shù)據(jù)及地面測站數(shù)據(jù)，本文首次基于實測數(shù)據(jù)分析在進行星地一體定軌時，低軌衛(wèi)星的加入對BDS衛(wèi)星軌道精度及鐘差的改善情況。在全球測站、區(qū)域測站情況下進行BDS單系統(tǒng)及GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌增強試驗，使用重疊弧段的方法對軌道及鐘差精度進行評估。細致分析3類衛(wèi)星3個方向的精度改善情況，并統(tǒng)計可視弧段內(nèi)的鐘差重疊精度。進行星地一體定軌前對星載接收機觀測數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。

1 GNOS介紹及數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

屬于太陽同步軌道的風云極軌氣象衛(wèi)星(FY3 C)的軌道高度為836 km，軌道傾角98.75°，主要功能是實現(xiàn)掩星探測[19]。借助導航衛(wèi)星發(fā)播的信號，F(xiàn)Y3 C上搭載的掩星探測儀GNOS可獲取大氣層的信息，能夠近實時、高精度、多數(shù)量地提供掩星廓線，廣泛應用于天氣預報、氣候分析、電離層研究等領域[19]。GNOS儀器由中科院空間中心研制，包含3類天線：定位天線、前向掩星接收天線、后向掩星接收天線。搭載的GPS接收機有14個通道，8個用于定位，6個用于掩星探測；搭載的BDS接收機有8個通道，4個用于定位，4個用于掩星探測[19]。

1.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

選取2013年10月10日—16日GNOS 7 d 1 Hz觀測數(shù)據(jù)和2013年5月11日—30日海洋二號(HY2A)20 d 1 Hz觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計有效衛(wèi)星數(shù)及觀測碼的丟失率。表1統(tǒng)計了可見衛(wèi)星個數(shù)、有效衛(wèi)星個數(shù)(同時包含兩個偽距、兩個載波相位觀測量)的百分比及觀測碼與總觀測個數(shù)的百分比(以每個觀測量為單位)。分析見表1。

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果

(1) GNOS衛(wèi)星單歷元有效可見衛(wèi)星數(shù)大于等于4顆情況BDS、GPS分別為11.54%、79.95%，相應的HY2A衛(wèi)星中的GPS為99.0%。說明GNOS受接收機設備通道限制可觀測到的衛(wèi)星個數(shù)較少，尤其是BDS衛(wèi)星。BDS有效衛(wèi)星個數(shù)0顆的情況平均占27.1%，小于3顆的情況接近90%。說明由于BDS目前為區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，對GNOS在軌運行時可視弧段極其受限。

(2) 相較于HY2A衛(wèi)星，GNOS可見衛(wèi)星數(shù)與有效衛(wèi)星數(shù)占比差別較大。從表中觀測量丟失率統(tǒng)計可知，GNOS包含4個觀測碼的占比僅60%左右，而HY2A為94%，說明GNOS相比HY2A數(shù)據(jù)丟失率大。

1.2 BDS偽距測量精度

使用碼減載波相位組合(CC組合)歷元間差分的方法分析GNOS衛(wèi)星北斗觀測量的偽距測量精度[21-23]，并選取位于不同區(qū)域的CUT0、GMSD、REUN 3個地面測站比較。選取同1.1時段一周的GNOS、3個地面測站觀測數(shù)據(jù)，GNOS采樣間隔為10 s，地面測站采樣間隔為30 s。對所有BDS衛(wèi)星CC組合歷元間差分值序列按高度角排列，每隔10°換算為非差偽距噪聲相對于零均值的RMS，結(jié)果繪于圖1，整體精度見表2。按BDS衛(wèi)星類型分類，統(tǒng)計3類衛(wèi)星偽距噪聲RMS(取截止高度角大于10°)，見表2。

分析圖1、表2，GNOS的偽距測量精度與3個地面測站相當，地面測站3類衛(wèi)星偽距測量精度大小GEO

圖1 偽距測量精度RMSFig.1 Pseudorange measuring precision RMS

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2 試驗結(jié)果與分析

2.1 全球測站網(wǎng)增強試驗

試驗選取2013年10月10日—16日共7 d GNOS、37個地面測站GPS/BDS雙模觀測數(shù)據(jù)。地面觀測站包含24個Multi-GNSS Experiment(MGEX)測站及13個武漢大學建立的北斗衛(wèi)星觀測實驗網(wǎng)(BeiDou experimental tracking stations,BETS)測站。測站分布如圖2所示，地面站總體上全球分布但并不均勻。在該觀測時段我國北斗二代導航系統(tǒng)包括：5顆GEO衛(wèi)星(C01-C05，G類衛(wèi)星)、5顆IGSO衛(wèi)星(C06-C10，I類衛(wèi)星)、4顆MEO衛(wèi)星(C11-C14，M類衛(wèi)星)。

圖2 測站分布圖Fig.2 Tracking stations注：圓圈為MGEX測站，五角星為BETS測站。

定軌弧長為3 d，共5個定軌弧段，力學模型和觀測模型見表3。由于該時段只有wum精密軌道產(chǎn)品發(fā)布，且其定軌精度不可知，因此使用相鄰弧段之間的重疊時段進行軌道、鐘差的精度評估。每個重疊時段為2 d，共4個重疊弧段。其中衛(wèi)星鐘差統(tǒng)計的是衛(wèi)星可見測站數(shù)大于等于4的情況，在此稱為可視弧段鐘差重疊精度，選取C10衛(wèi)星作為基準鐘。

表3 聯(lián)合定軌觀測模型及力模型信息

Tab.3 The observation models and force models of combined orbit determination

測量模型觀測數(shù)據(jù)地面站30s、LEO10s采樣間隔；LC、PC非差無電離層組合相位模型GPS及地面站：igs08．a(chǎn)tx；BDS：ESA發(fā)布值LEO：先驗PCO，不考慮PCV截止高度角地面站7°，LEO0°對流層延遲地面站：SAAS模型+過程噪聲，天頂方向每2h估算一次，水平梯度每天1個；LEO無需改正模糊度參數(shù)地面站部分固定(GPS及BDS的IGSO、MEO衛(wèi)星)；LEO浮點解鐘差處理白噪聲，接收機鐘差選一地面站固定為參考鐘(BRUX)定軌采樣間隔300s測站坐標PPP網(wǎng)解，坐標精度在mm量級引力模型地球重力場EIGEN＿GL04，導航星：10×10階；LEO：120×120階N體引力DE405星歷固體潮IERS協(xié)議相對論效應廣義相對論非引力模型大氣阻力導航星：不考慮；LEO：DTM94模型太陽光壓導航星：BERN5參數(shù)模型[24]；LEO：Box?Wing模型[25]經(jīng)驗力導航星：不考慮；LEO：RTN6周期性經(jīng)驗力，每120min估算一組地球輻射壓不考慮

2.1.1 有GEO衛(wèi)星試驗

試驗選取的時段中C06、C09衛(wèi)星正處于姿態(tài)模式切換時期，且通過廣播星歷衛(wèi)星健康標識發(fā)現(xiàn)C02衛(wèi)星處于不健康狀態(tài)，因此在定軌時不添加這些衛(wèi)星。進行的試驗如下：

試驗1：37個地面測站BDS單系統(tǒng)定軌；

試驗2：37個地面測站+GNOS BDS星地一體定軌；

試驗3：37個地面測站GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌，添加速度脈沖；

試驗4：37個地面測站+GNOS GPS/BDS雙系統(tǒng)星地一體定軌，添加速度脈沖。

圖3分別為4組試驗切向、法向、徑向各弧段各顆衛(wèi)星定軌重疊精度，圖中給出了3類衛(wèi)星重疊精度的平均值。表4統(tǒng)計了整體軌道及可視弧段鐘差重疊精度。圖3、表4分析如下：

(1) 軌道整體精度一維RMS在單、雙系統(tǒng)加入GNOS后分別提高50.3%、82.8%。雙系統(tǒng)定軌精度由79 cm提高至13.6 cm。鐘差重疊精度單、雙系統(tǒng)STD由0.40 ns、0.19 ns提升至0.38 ns、0.16 ns，改善不大；RMS由0.59 ns、0.44 ns提升至0.56 ns、0.21 ns，M類衛(wèi)星提升最明顯，雙系統(tǒng)相較單系統(tǒng)改善幅度更大。

(2) GNOS的加入對BDS衛(wèi)星軌道精度切向提高程度最大，法向次之。BDS單系統(tǒng)切、法、徑向分別提高了1.0 m、0.7 cm、-0.1 cm，提高53.1%、1.8%、-1.0%。雙系統(tǒng)切、法、徑向分別提高了1.1 m、2 cm、0.2 cm，提高83.6%、40.0%、5.7%。

(3) 切向精度改善主要集中在G類衛(wèi)星，且有量級性的提高，單系統(tǒng)從4.8 m減小至1.7 m，雙系統(tǒng)3.9 m減小至0.6 m；I、M類衛(wèi)星單系統(tǒng)有微小改善，雙系統(tǒng)分別提高29.8%、33.9%。法向精度單系統(tǒng)G、I、M類衛(wèi)星均有微小提升，雙系統(tǒng)分別改善54.7%、22.9%、25.6%。徑向精度單系統(tǒng)I、M類衛(wèi)星改善微弱，雙系統(tǒng)分別改善17.2%、25.0%，G星精度稍有下降。

(4) 單、雙系統(tǒng)加入GNOS均出現(xiàn)BDS衛(wèi)星個別弧段定軌精度稍有下降情況，主要表現(xiàn)在徑向G類衛(wèi)星上。分析主要有如下幾個原因(后文試驗同樣出現(xiàn)精度稍有下降情況，原因類似)：

BDS目前尚處于區(qū)域系統(tǒng)服務能力階段，對于星載觀測數(shù)據(jù)要保證全弧段連續(xù)且充足的觀測量較為困難。由第二部分內(nèi)容可知，GNOS對BDS衛(wèi)星觀測有效衛(wèi)星數(shù)大于等于四顆情況平均僅占11.54%，觀測到零顆衛(wèi)星的情況占27.1%。這意味著聯(lián)合GNOS星地一體定軌時，由于觀測量的限制無法對GNOS進行有效動力學建模并取得相當精度。BDS衛(wèi)星對GNOS衛(wèi)星可視弧段受限是造成精度下降的最主要原因。

圖3 BDS各顆衛(wèi)星3個方向軌道重疊精度Fig.3 The orbit overlapping precision of BDS each satellite in three direction

軌道重疊比較/cm可視弧段鐘差重疊比較/nsACR1DSTD(GIM)RMS(GIM)試驗1196．939．310．3118．70．40(0．400．240．47)0．59(0．720．290．62)試驗292．438．610．459．00．38(0．400．220．45)0．56(0．680．270．58)試驗3135．75．03．579．00．19(0．100．090．33)0．44(0．660．110．38)試驗422．33．03．313．60．16(0．120．070．25)0．21(0．190．100．28)

目前BDS定軌的許多關鍵技術(shù)仍在研究中，北斗的整體定軌精度相比GPS仍有較大差距，包括3類衛(wèi)星的光壓模型、GEO衛(wèi)星定軌精度較差等因素制約了低軌衛(wèi)星的增強效果。

GNOS自身定軌精度限制，如GNOS的PCO使用的是出廠標定值、觀測量丟失率較大等。

另外參與定軌試驗的北斗衛(wèi)星只有11顆，相對較少，這也是導致精度稍有下降的原因。

2.1.2 無GEO衛(wèi)星試驗

由于北斗GEO衛(wèi)星定軌精度較差，為進一步分析另外兩類衛(wèi)星的增強情況，并考慮到排除GEO衛(wèi)星后總的BDS衛(wèi)星個數(shù)較少，因此只進行雙系統(tǒng)定軌增強試驗。同樣進行2.1.1節(jié)中的定軌試驗3、4，但不包含GEO衛(wèi)星，相關結(jié)果見圖4、表5。

表5 軌道及鐘差重疊精度

圖4 BDS各顆衛(wèi)星3個方向重疊精度Fig.4 The orbit overlapping precision of BDS each satellite in three direction

分析圖4、表5，可知：

(1) 不添加GEO衛(wèi)星情況下，兩組試驗軌道整體精度均提升明顯，加入GNOS定軌精度提升11.6%。

(2)I類衛(wèi)星A、C、R3方向精度改善分別為16.3%、6.0%、7.3%，相應地M類衛(wèi)星分別改善12.3%、17.3%、2.9%。比較2.1.1節(jié)中雙系統(tǒng)I、M類衛(wèi)星增強情況，不添加GEO衛(wèi)星情況下GNOS的加入對軌道精度雖有一定改善，但幅度更小，其原因有待進一步分析討論。

2.2 區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)增強試驗及軌道預報

為分析GNOS在區(qū)域測站布局情況下對BDS的增強效果，以期為BDS系統(tǒng)建設提供參考。選取BETS國內(nèi)7個觀測站組成區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)進行精密定軌增強試驗，并對軌道作12 h的預報[26]?？紤]到地面測站個數(shù)較少，因此除C02衛(wèi)星以外，其他北斗衛(wèi)星均參與試驗。試驗數(shù)據(jù)及相關定軌模型同上，但試驗3、4不添加速度脈沖。限于篇幅，不繪出各顆衛(wèi)星定軌結(jié)果，衛(wèi)星軌道、可視弧段鐘差重疊精度整體情況見表6，各顆衛(wèi)星各弧段3個方向軌道預報精度如圖5，軌道預報整體情況見表7。分析圖5、表6、表7。

(1) 單、雙系統(tǒng)添加GNOS軌道1D RMS分別由5.95 m、3.61 m提升至1.86 m、0.92 m，分別提高72.9%、74.5%。軌道預報精度由6.46 m、4.28 m提升至2.24 m、1.47 m，分別提高65.3%、65.7%。鐘差重疊精度STD改善不大，RMS分別由1.78 ns、1.35 ns提升至1.27 ns、0.73 ns，分別提高24.2%、45.9%。

表6 軌道及鐘差重疊精度

表7 軌道預報重疊精度

(2) 單系統(tǒng)軌道預報精度切向G類衛(wèi)星提升最顯著，預報精度由10 m級下降至m級；其次是切向I類，法向I、M類衛(wèi)星，均有接近1 m量級的提升；徑向I類衛(wèi)星存在精度稍有下降的情況。雙系統(tǒng)軌道預報精度切向G類衛(wèi)星提升最顯著，預報精度由10 m級下降至m級；其次是M類衛(wèi)星切向、法向、徑向和I類衛(wèi)星徑向，均有dm～m量級的提升；切向I類衛(wèi)星存在精度下降情況(C09正處于姿態(tài)模式切換時期)。

圖5 BDS各顆衛(wèi)星3個方向預報重疊精度/dmFig.5 The orbit overlapping precision of BDS each satellite in three direction /dm

(3) 區(qū)域測站布局軌道精度改善G類衛(wèi)星切向提升幅度最大，其次是法向和其他類型衛(wèi)星切向，但相比全球測站試驗改善程度更大。說明處于當前區(qū)域系統(tǒng)服務能力階段的BDS，仍然是區(qū)域測站布局相比全球測站布局加入低軌衛(wèi)星的增強效果更好。

(4) 鐘差重疊精度G類衛(wèi)星RMS值改善最為顯著，單、雙系統(tǒng)分別由3.12 ns、2.19 ns提升至1.47 ns、0.90 ns；I、M類衛(wèi)星也有亞納秒量級精度提升。

總結(jié)GNOS增強北斗區(qū)域星座時軌道精度改善提升的主要原因：

對于BDS GEO衛(wèi)星，相較于地面測站，GNOS可極大增強GEO衛(wèi)星的幾何強度，從而顯著提升北斗GEO衛(wèi)星定軌精度。

考慮到目前BDS測站分布仍然是全球布設但并不均勻，低軌衛(wèi)星的加入可顯著增加地面測站無法跟蹤到BDS衛(wèi)星的弧段，從而整體提升北斗軌道精度。

由于低軌衛(wèi)星的運行特點，相較于地面測站，GNOS對BDS衛(wèi)星的觀測特性具有較大差異，從而得到不同于地面測站的觀測量。比如由于低軌衛(wèi)星的高速運動，對北斗衛(wèi)星軌道的切向、法向觀測將比地面測站更加靈敏。

3 結(jié)束語

本文針對搭載有GPS/BDS雙模接收機的低軌衛(wèi)星GNOS首先進行了星載觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計及偽距測量精度分析。然后基于MGEX測站及BETS測站觀測數(shù)據(jù)，在全球37個、區(qū)域7個地面測站布局情況下，進行有/無GNOS的BDS單系統(tǒng)、GPS/BDS雙系統(tǒng)定軌試驗。首次分析星地一體定軌策略下低軌衛(wèi)星對BDS衛(wèi)星軌道精度的增強效果。主要有以下結(jié)論：

(1) 受可視弧段及接收機通道限制GNOS觀測的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)量較少，且相比海洋二號衛(wèi)星部分觀測量丟失率更大，但未對偽距測量精度產(chǎn)生影響，接近衛(wèi)星標稱精度0.3 m，且與地面測站相當。

(2) 全球測站情況下，GNOS主要對BDS GEO衛(wèi)星切向精度提升顯著，其次是法向和其他類型衛(wèi)星切向；切向提升程度60%以上，法向雙系統(tǒng)下達40%；單系統(tǒng)可視弧段鐘差重疊精度改善微弱，雙系統(tǒng)MEO衛(wèi)星鐘差RMS改善顯著。

(3) 區(qū)域測站情況下，GNOS對GEO衛(wèi)星軌道預報精度切向提升85%以上，其余方向及衛(wèi)星有較大改善，平均改善幅度為21.7%，雙系統(tǒng)下MEO衛(wèi)星法向提升達53.3%；可視弧段鐘差重疊精度RMS值三類衛(wèi)星均改善顯著，整體0.5 ns的改進。

致謝：特別感謝IGS的MGEX項目以及武漢大學的BETS為本文提供數(shù)據(jù)。

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(責任編輯：陳品馨)

Results and Analysis of BDS Precise Orbit Determination with the Enhancement of Fengyun-3C

ZENG Tian1,3,SUI Lifen1,JIA Xiaolin2,3,JI Guofeng4,ZHANG Qinghua5

1. Information Engineering University, Zhengzhou 450001, China; 2. State Key Laboratory of Geo-Information Engineering, Xi’an 710054, China; 3. Xi’an Research Institute of Surveying and Mapping, Xi’an 710054, China; 4. Changan’an University, Xi’an 710054, China; 5. PLA University of Science & Technology, Nanjing 210007, China

Global navigation satellite system occultation sounder (GNOS) Fengyun-3C was launched successfully on September 23, 2013, which carried GPS/BDS receiver for the first time. This provides the convenience to study the enhancement results of low earth orbiter satellite (LEO) to BDS precise orbit determination (POD). First the data characteristics and code observation noise of GNOS are analyzed. Then the enhancement experiments in the case of global and regional ground observation stations layout are processed with four POD schemes: BDS single system, GPS/BDS double system, BDS single system with GNOS observations, GPS/BDS double system with GNOS observations. The precision of BDS orbits and clock are compared via overlapping arcs. Results show that in the case of global station layout the along directional precision of GEO satellite has the biggest improvement, with the improvement percentage 60%. Then the precision of cross direction and the along direction of remaining satellites shows the second biggest improvement. The orbit precision of only BDS POD in part of arcs some satellite even suffers a slight decline. The root mean square (RMS) of overlapping clock difference of visible arcs in GPS/BDS POD experiments is improved 0.1 ns level. As to the experiments of regional station layout with 7 ground observation stations, the orbit and clock overlapping precision and orbit predicting precision are analyzed. Results show that the predicting precision of BDS GEO satellites in the along direction is improved 85%. The remaining also has a substantial improvement, with the average percentage 21.7%. RMS of overlapping clock difference of visible arcs is improved 0.5 ns level.

BeiDou satellite navigation system; LEO; precise orbit determination; GEO; orbit enhancement

The National Natural Science Foundation of China (Nos.41674016；41274016；41604024)

ZENG Tian(1992—),male,postgraduate, majors in satellite positioning technology and application.

SUI Lifen

曾添，隋立芬，賈小林，等.風云3C增強北斗定軌試驗結(jié)果與分析[J].測繪學報，2017,46(7)：824-833.

10.11947/j.AGCS.2017.20170033. ZENG Tian,SUI Lifen,JIA Xiaolin,et al.Results and Analysis of BDS Precise Orbit Determination with the Enhancement of Fengyun-3C[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(7):824-833. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170033.

P228

A

1001-1595(2017)07-0824-10

國家自然科學基金(41674016；41274016；41604024)

2017-02-08

曾添(1992—)，男，碩士生，研究方向為衛(wèi)星定位技術(shù)與應用。

E-mail： tattian@126.com

隋立芬

E-mail： suilifen@163.com

修回日期： 2017-05-10