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1、COMPASS-M1卫星单星定轨卫星单星定轨中科院国家授时中心1简介简介COMPASS-M1是一颗中轨道导航卫星，近是一颗中轨道导航卫星，近地点高度地点高度21500km，质量，质量2200kg，轨道倾，轨道倾角角55.5度，飞行周期度，飞行周期773.39分钟，带有激光分钟，带有激光后向反射器。后向反射器。由于只有一颗导航卫星只能进行单星定轨，由于只有一颗导航卫星只能进行单星定轨，钟差是影响定轨精度重要因素。钟差是影响定轨精度重要因素。2简介2007年年8月月21日至日至9月月12日，进行了定轨试日，进行了定轨试验，将五个接收机放置在国家授时中心的验，将五个接收机放置在国家授时中心的五个测轨
2、站上，各站配备铯原子钟，而且五个测轨站上，各站配备铯原子钟，而且通过卫星双向时间比对实现时间同步。通过卫星双向时间比对实现时间同步。利用国家授时中心双向时间比对系统实现利用国家授时中心双向时间比对系统实现各站原子钟与临潼钟的同步。精度达各站原子钟与临潼钟的同步。精度达 0.1-0.2 ns3简介把本地原子钟把本地原子钟10M频率信号送入接收机。频率信号送入接收机。授时中心计数器测得接收机和本地原子钟授时中心计数器测得接收机和本地原子钟的钟差。的钟差。通过调整接收机时间保证与本地钟的钟差通过调整接收机时间保证与本地钟的钟差小于小于10ns。基本不变。基本不变。4观测站分布5伪距测量模型与参数解算
3、忽略噪声和各种延迟改正，伪距测量模型忽略噪声和各种延迟改正，伪距测量模型可简单表示为所测卫星到接收机的几何距可简单表示为所测卫星到接收机的几何距离加上钟差的修正离加上钟差的修正 卫星钟差和接收机钟差大致都可以表示成卫星钟差和接收机钟差大致都可以表示成二次多项式的形式二次多项式的形式 6基于此在解算卫星轨道的同时需要解算钟基于此在解算卫星轨道的同时需要解算钟差系数差系数由于钟差表现为二次多项式形式，所以在由于钟差表现为二次多项式形式，所以在解算钟差系数的过程中，对于每个观测站，解算钟差系数的过程中，对于每个观测站，都需要解三个参数：一个常数、一个一次都需要解三个参数：一个常数、一个一次项系数以及
4、一个二次项系数项系数以及一个二次项系数7站间钟差站间钟差8去除趋势项后的站间钟差（去除趋势项后的站间钟差（1）9去除趋势项后的站间钟差（去除趋势项后的站间钟差（2）10去除趋势项后的站间钟差（去除趋势项后的站间钟差（3）11去除趋势项后的站间钟差（去除趋势项后的站间钟差（4）12去除趋势项后的站间钟差（去除趋势项后的站间钟差（5）13去掉趋势项的站间时间同步数据仍然存在去掉趋势项的站间时间同步数据仍然存在低频的非噪声变化。低频的非噪声变化。采用的二次多项式钟差模型无法完全模制采用的二次多项式钟差模型无法完全模制这种变化，从而给定轨和钟差估计带来误这种变化，从而给定轨和钟差估计带来误差。差。站间
5、时间同步提供很有价值的信息。站间时间同步提供很有价值的信息。14力学模型重力场模型：采用重力场模型：采用JGM-3重力场模型，取重力场模型，取10*10阶；阶；N体摄动：太阳、月亮的摄动；体摄动：太阳、月亮的摄动；相对论摄动；相对论摄动；潮汐摄动：固体潮摄动、海潮摄动；潮汐摄动：固体潮摄动、海潮摄动；太阳辐射压摄动：采用基于对有效面积积太阳辐射压摄动：采用基于对有效面积积分的光压模型，光压系数在定轨中一并解分的光压模型，光压系数在定轨中一并解算。算。15测量模型对流层延迟改正：天顶延迟使用对流层延迟改正：天顶延迟使用Saastamoinen模型，映射函数使用模型，映射函数使用NMF模型；模型；
6、电离层延迟改正：双频改正；电离层延迟改正：双频改正；考虑卫星、地面接收机的相位中心改正；考虑卫星、地面接收机的相位中心改正；考虑相对论改正；考虑相对论改正；考虑固体潮等引起的台站位移。考虑固体潮等引起的台站位移。 16参考系J2000.0平赤道平赤道(x-y平面平面)和平春分点和平春分点(x轴轴方向方向)；站坐标系为站坐标系为ITRF2000；板块模型亦为板块模型亦为ITRF2000；IAU76岁差；岁差；IAU1980章动模型章动模型, IERS章动改正；章动改正；DE403/LE403行星历表。行星历表。17参数解算由于实现了站间时间同步，接收机钟差的由于实现了站间时间同步，接收机钟差的一
7、次项和二次项已被消除，但是各站可能一次项和二次项已被消除，但是各站可能存在不同的硬件延迟。所以在解算钟差系存在不同的硬件延迟。所以在解算钟差系数的过程中，对于每个观测站，都需要解数的过程中，对于每个观测站，都需要解一个常数作为各站不同的硬件延迟与卫星一个常数作为各站不同的硬件延迟与卫星钟差常数项之和，然后再共同解算一个一钟差常数项之和，然后再共同解算一个一次项系数和一个二次项系数作为卫星钟的次项系数和一个二次项系数作为卫星钟的一次项系数和二次项系数一次项系数和二次项系数 18参数解算除此之外还要解算的参数有：卫星的初始除此之外还要解算的参数有：卫星的初始状态、太阳光压系数、经验加速度。状态、太
8、阳光压系数、经验加速度。19数据处理（相位平滑伪距定轨）地面接收机相对于实验卫星的观测方程如地面接收机相对于实验卫星的观测方程如下：下：为消除一阶电离层影响，采取双频组合：为消除一阶电离层影响，采取双频组合：20以上两式相减得到以上两式相减得到在无相位周跳的时间段内，上式除了随机噪声误在无相位周跳的时间段内，上式除了随机噪声误差以外，基本保持为常数。对其在无相位周跳的差以外，基本保持为常数。对其在无相位周跳的时间段内进行平均，可以提高该量的精度。在探时间段内进行平均，可以提高该量的精度。在探测到相位周跳后重新计算该参数值，将该值与上测到相位周跳后重新计算该参数值，将该值与上式右端第二项相加即可
9、以得到相位平滑后的无电式右端第二项相加即可以得到相位平滑后的无电离层伪距观测量离层伪距观测量 。21定轨结果定轨残差统计表定轨残差统计表22定轨残差统计图定轨残差统计图23轨道重叠比较轨道重叠比较 24激光资料检核激光资料检核25SLR定轨定轨自自2008年年12月以来有月以来有SLR观测，选择观测观测，选择观测比较多的比较多的2009年年35月定轨月定轨由于由于COMPASS-M1离地面离地面2万多万多km，观测，观测难度大，激光观测资料少难度大，激光观测资料少即使激光观测精度很高，但是由于激光观即使激光观测精度很高，但是由于激光观测资料少也很难定准卫星的轨道测资料少也很难定准卫星的轨道 2
10、6SLR观测统计观测统计27SLR观测资料全球覆盖观测资料全球覆盖28SLR定轨残差统计表（定轨残差统计表（1）29SLR定轨残差统计表（定轨残差统计表（2）30SLR定轨轨道重叠比较定轨轨道重叠比较31小结小结定轨残差定轨残差RMS在在0.4m0.5m之间；之间；轨道重叠段（每轨道重叠段（每3天一次定轨，重叠长度为天一次定轨，重叠长度为1天）天）互差小于互差小于10m，RTN三个方向上的差别分别为：三个方向上的差别分别为：0.9489m、6.024m、5.014m；激光资料检核激光资料检核RMS小于小于0.75m。由于激光观测资料少也很难准确确定卫星的轨由于激光观测资料少也很难准确确定卫星的轨道道32谢谢 谢！谢！33
