在衛星導航定位系統中,使用者想要獲得自身的精確位置資訊,是嚴重依賴衛星軌道和鐘差資料的精準度的。因為使用者定位是以衛星為參考點的,衛星位置和鐘差的精確確定是使用者精確位置確定的前提條件。
現在衛星位置和鐘差(指衛星時間和系統時的鐘差)的確定是依靠分布在世界各地的地面監測站的接收機接收衛星訊號,資料彙總到資料中心(主控站),經過主控站的統一解算,計算出衛星的軌道位置和鐘差,經過注入站上注給衛星,然後經過衛星播發廣播星曆,把衛星軌道位置和鐘差資訊傳遞給使用者的。使用者通過接收衛星訊號,解算出衛星位置和鐘差,以及測量獲得偽距、載波相位、都卜勒資訊,就可以用最小二乘或者卡爾曼濾波解算使用者位置資訊了。
以上就是使用者確定自身位置的乙個過程。這裡想說的是衛星定軌問題,就是依賴全球分布的地面監測網和地面資料中心解算衛星位置的事情。可以看到,目前gnss系統衛星定軌依賴地面站,如果地面站故障,就會影響衛星定軌精度。極端條件下,地面站完全故障,不再給衛星上註星曆資訊(含衛星位置和鐘差資訊),那麼衛星只能依靠最近一次上註的星曆資訊和軌道**、鐘差**演算法,**自己的軌道位置和鐘差資訊了。短時間**精度還可以,長期**精度下降。衛星軌道位置和鐘差精度下降,直接影響使用者位置解算精度,使使用者位置解算精度下降。
看來依賴地面站給衛星定軌是存在風險的。於是有人提出了衛星自主定軌:利用衛星星間測距資訊,通過衛星間通訊和星上計算能力,衛星自己解算自己的軌道位置和鐘差資訊。這個想法很好,擺脫了對地面站的依賴,但是理論上位於地球上方2萬公里的衛星,由於這個位置的衛星受力情況決定了衛星不能完全自主定軌,會存在星座整體旋轉和時間基準的漂移問題。退而求其次,不能衛星完全自主定軌,就找個外協吧。於是有人提出錨固站概念:錨固站是己知位置的地面接收機或(虛擬)發射器。錨固站位置已知,時間同步於系統時,可以為衛星提供乙個時空基準。在錨固站時空基準資訊上註給衛星後,衛星就可以通過星間測距和資料交換,在衛星計算機的幫助下解算衛星的軌道位置和鐘差資訊了。由於地面監測網已經建立,而且遍布全世界,對衛星完成全弧段觀測,幾何構型很好,觀測精度高。所以在和平、安寧的時間,衛星定軌還是依靠地面站定軌;也可以地面站和衛星聯合定軌。在地面站失去工作能力的極端條件,就使用錨固站和衛星自主定軌;在錨固站也失去工作能力的更極端條件下,衛星只能完全自主定軌,僅僅利用最近的星曆資訊和星間測距資訊進行定軌,不過定軌精度隨時間的加長而下降。
要實現完全的衛星自主定軌,也是可以的,只是衛星不能在2萬公里的地面上方了,要去更遠的地方,受力條件不同的地方,地月衛星三體運動的平動點位置就是乙個可行的位置,在平動點,衛星受力不同於2萬公里的meo衛星軌道,衛星可以自主定軌。這還在研究階段,還沒有實際應用。
以上就是對衛星幾種定軌情況的簡要總結。
個人感想:其實,現實中哪有完美啊,更多的是結合需求和實際情況的限制範圍,一步一步盡可能滿足需求吧,很少甚至沒有完全的滿足需求情況。就像這衛星定軌,發現不能完全依賴地面,那就想擺脫地面實現衛星自主定軌,然而又從理論上證明完全依賴衛星自主定軌是不可行的,那就退一步利用地面的錨固站提供乙個時空基準給衛星吧,然後在錨固站的支援下,衛星自主定軌。再一想,地面監測網已經建立,而且監測效果好,定軌精度高。那我們還是在可以使用地面監測網的情況下,優先使用地面定軌吧;地面站失效情況下再依靠自主定軌,加上錨固站解決星座旋轉問題;錨固站也失效的情況下,不得不使用衛星完全自主定軌了,哪怕長期自主定軌精度低,也不得不這樣做,直至精度過低定位失敗吧。好在除了衛星定位,我們還有慣導,地磁,重力,天文等其他導航方式。關上了一扇門,還好有扇窗。
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