高精度星间链路支持的导航卫星应用研究

The application of the high accuracy inter satellite link (ISL) device, such as inter satellite laser system, has become a main resolution to enhance the performance of GNSS. The high accuracy ISL was only used to precision orbit determination, time synchronization and communication in the control segment. Focus the character that ISL can provide the observation of inter satellite range and inter satellite clock bias synchronously, we present an new idea that using the ISL observation to precise point positioning (PPP) and maintain the time reference, in order to explore the method and approach to improve the position performance using the ISL firsthand. The main research topic include: Developing an inter satellite laser observation model with the accuracy of centimeter, studying the calibration method for ISL device delay and research the data processing strategy to combine the ISL observation with L-band observation; developing the emulator and evaluate software. The project want to provide the support for widening the application area of ISL resource.

以星间激光测量为代表的高精度星间链路技术已经成为提升GNSS系统性能的主要手段，现阶段高精度星间链路的应用仅限于系统端的精密定轨、时间同步和数据通讯。针对星间测量能同时提供瞬间星间距和星间精密钟差约束的特点，本项目提出将星间测量数据用于精密单点定位和系统时间基准维持的思路，探索综合利用星间、星地测量改善用户定位性能的方法与途径。研究内容包括构建厘米级星间激光测量观测模型，分析测量系统偏差标校方法，研究L波段数据与星间数据组合数据处理方法，研制仿真验证软件。项目成果可望为拓宽星间链路资源应用领域提供技术支持。

新一代北斗和GLONASS卫星导航系统均搭载了激光星间链路载荷，主要用于导航卫星精密定轨及数据通讯。本项目目标是探索激光星间链路直接用于导航终端用户的可行性，解决精密单点定位对精密轨道、精密钟差实时性需求问题和定位收敛时间过长问题，同时研究利用激光星间链路维持导航系统基准时间的方法，以拓展激光星间链路数据的应用范围。项目主要成果包括：（1）构建了厘米级双向激光星间链路观测模型，分析了星间双向距离和钟差组合观测量涉及的天线相位中心、相对论、设备时延参数等主要系统误差影响并明确了修正方法。（2）分析了激光星间测量设备时延误差特性，提出了多项式结合周期函数的设备时延误差建模方法；针对中高轨导航卫星设备时延误差特性，确定了利用星间双向观测量组合分离距离和钟差观测，随后分别构建分段常数模型的参数估计思路，结合动力学定轨方程和星间时间同步方程分别建立了设备时延参数估计数学模型，并针对参数解算秩亏问题确定了基于先验约束的处理策略。（3）研究了利用高精度星间钟差观测量同时实现时间同步和时间基准维持的理论和方法。给出了利用Kalman滤波方法实现时间同步，并利用多星钟差结果维持组合基准时间的数据处理流程，分析了影响组合时间基准维持精度的主要因素。（4）构建了组合星间双向测量数据与L波段伪距、载波相位数据实现精密单点定位的观测方程。分析了影响载波相位模糊度参数确定精度的主要因素并提出改进策略，分析了星间链路数据在组合精密单点定位中的作用。项目成果解决了激光星间链路用于精密单点定位和时间基准维持中的理论问题，构建了直接利用激光星间链路数据改进定位和授时性能的模型和算法，初步验证了激光星间链路数据用于终端用户的技术优势，为充分发挥激光星间链路应用潜能提供了一种新的途径。