一種前向模擬掩星方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于GNSS地球大氣掩星探測(cè)星座設(shè)計(jì)與分析應(yīng)用的前向模擬掩星方法。本發(fā)明在以衛(wèi)星軌道參數(shù)為設(shè)計(jì)輸入的同時(shí)，補(bǔ)充星座構(gòu)型參數(shù)為設(shè)計(jì)輸入，有利于星座設(shè)計(jì)及分析應(yīng)用；在掩星事件判定及定位中全面考慮大氣折射影響，提高掩星測(cè)點(diǎn)定位準(zhǔn)度；增添地面數(shù)傳站建模，可補(bǔ)充分析掩星探測(cè)數(shù)據(jù)下傳時(shí)效性。
【專利說明】一種前向模擬掩星方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及掩星探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種仿真掩星探測(cè)過程中的前向模擬掩星方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)掩星大氣探測(cè)是伴隨各國(guó)GNSS的組建、完善而興起的一種新型大氣探測(cè)技術(shù)。其天基掩星大氣探測(cè)方式擺脫了地面條件的制約，突破性地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的高垂直分辨率、全球覆蓋、全天候、近實(shí)時(shí)/實(shí)時(shí)大氣探測(cè)，是直接探測(cè)全球范圍地球大氣折射率的唯一手段，是當(dāng)前實(shí)施全球氣候監(jiān)測(cè)的最佳手段。天基掩星大氣探測(cè)的發(fā)展特點(diǎn)為研制成本低、在軌探測(cè)儀多。
[0003]為獲取盡可能多的長(zhǎng)期穩(wěn)定的掩星探測(cè)數(shù)據(jù)，探測(cè)儀搭載在穩(wěn)定構(gòu)型的多星星座在軌運(yùn)行。星座設(shè)計(jì)作為一個(gè)迭代式研究過程，如何獲取星座規(guī)模、星座構(gòu)型特點(diǎn)對(duì)星座性能的影響，是獲取具有經(jīng)濟(jì)可行探測(cè)星座設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵。前向模擬掩星是分析GNSS掩星探測(cè)星座設(shè)計(jì)方案性能的唯一途徑。由于空間環(huán)境背景復(fù)雜，GNSS掩星仿真需攻克GNSS掩星事件預(yù)測(cè)判定和定位技術(shù)(前向模擬掩星)、星座建模等模擬掩星技術(shù)難點(diǎn)，才可前向模擬掩星事件，從而統(tǒng)計(jì)分析星座探測(cè)數(shù)據(jù)量、探測(cè)點(diǎn)分布均勻性和數(shù)據(jù)時(shí)效性等關(guān)系到任務(wù)成敗的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有前向模擬掩星方法中星座構(gòu)型建模的缺失、掩星事件定位算法精準(zhǔn)度的不足、掩星數(shù)據(jù)下傳時(shí)間判定算法的缺失等技術(shù)問題，提供一種適用于GNSS地球大氣掩星探測(cè)星座設(shè)計(jì)與分析應(yīng)用的前向模擬掩星方法。
[0005]本發(fā)明為了完成其發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是:一種前向模擬掩星方法，包括以下步驟:
[0006]步驟A、建立典型星座構(gòu)型模型；
[0007]步驟B、生成大氣模型；
[0008]步驟C、遞推計(jì)算掩星測(cè)點(diǎn)位于大氣模型各層時(shí)，無線電傳播路徑在大氣模型各層內(nèi)的地心轉(zhuǎn)角及入射角、出射角；
[0009]步驟D、利用衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)，得到T1時(shí)刻地固坐標(biāo)系下各GNSS衛(wèi)星及各探測(cè)衛(wèi)星位置、速度；基于探測(cè)衛(wèi)星姿態(tài)控制模式及天線安裝方位，計(jì)算T1時(shí)刻軌道坐標(biāo)系下各探測(cè)衛(wèi)星上掩星接收天線接收視場(chǎng)；
[0010]步驟E、選擇一對(duì)在T1時(shí)刻形成掩星的GNSS衛(wèi)星(SatGX)及探測(cè)衛(wèi)星(SatLX)；
[0011]步驟F、基于T1時(shí)刻GNSS衛(wèi)星及探測(cè)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)及掩星測(cè)點(diǎn)高度，得到地固坐標(biāo)系下掩星點(diǎn)地表投影位置；
[0012]步驟G、以Is為步長(zhǎng)，若某對(duì)衛(wèi)星連續(xù)一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)持續(xù)形成掩星，則這對(duì)衛(wèi)星在該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)得到一次掩星事件；[0013]步驟H、利用衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)，得到一定時(shí)段內(nèi)地固坐標(biāo)系下各探測(cè)衛(wèi)星位置；依據(jù)地面數(shù)傳站位置及天線時(shí)長(zhǎng)，利用空間幾何，得到探測(cè)衛(wèi)星地面可見時(shí)段；
[0014]步驟1、將各探測(cè)衛(wèi)星掩星事件時(shí)間與地面可見時(shí)段比對(duì)，得到各次掩星事件數(shù)據(jù)的最早下傳時(shí)間。
[0015]進(jìn)一步的，上述的前向模擬掩星方法中:所述的大氣模型為利用球形大氣參數(shù)，將大氣折射率依IOOm高度自地表向外擴(kuò)散分層至電離層頂，生成洋蔥型大氣模型。
[0016]進(jìn)一步的，上述的前向模擬掩星方法中:所述的步驟C中是按下面公式計(jì)算無線電傳播路徑在大氣模型各層內(nèi)的地心轉(zhuǎn)角及入射角、出射角的:
[0017]導(dǎo)航信號(hào)在第i層的折射角AOi算法:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種前向模擬掩星方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A、建立典型星座構(gòu)型模型； 步驟B、生成大氣模型； 步驟C、遞推計(jì)算掩星測(cè)點(diǎn)位于大氣模型各層時(shí)，無線電傳播路徑在大氣模型各層內(nèi)的地心轉(zhuǎn)角及入射角、折射角； 步驟D、利用衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)，得到T1時(shí)刻地固坐標(biāo)系下各GNSS衛(wèi)星及各探測(cè)衛(wèi)星位置、速度；基于探測(cè)衛(wèi)星姿態(tài)控制模式及天線安裝方位，計(jì)算T1時(shí)刻軌道坐標(biāo)系下各探測(cè)衛(wèi)星上掩星接收天線接收視場(chǎng)； 步驟E、選擇一對(duì)在T1時(shí)刻形成掩星的GNSS衛(wèi)星(SatGX)及探測(cè)衛(wèi)星(SatLX)； 步驟F、基于T1時(shí)刻GNSS衛(wèi)星及探測(cè)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)及掩星測(cè)點(diǎn)高度，得到地固坐標(biāo)系下掩星點(diǎn)地表投影位置； 步驟G、以Is為步長(zhǎng)，若某對(duì)衛(wèi)星連續(xù)一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)持續(xù)形成掩星，則這對(duì)衛(wèi)星在該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)得到一次掩星事件； 步驟H、利用衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)，得到一定時(shí)段內(nèi)地固坐標(biāo)系下各探測(cè)衛(wèi)星位置；依據(jù)地面數(shù)傳站位置及天線時(shí)長(zhǎng)，利用空間幾何，得到探測(cè)衛(wèi)星地面可見時(shí)段； 步驟1、將各探測(cè)衛(wèi)星掩星事件時(shí)間與地面可見時(shí)段比對(duì)，得到各次掩星事件數(shù)據(jù)的最早下傳時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前向模擬掩星方法，其特征在于:所述的大氣模型為利用球形大氣參數(shù)，將大氣折射率依IOOm高度自地表向外擴(kuò)散分層至電離層頂，生成洋蔥型大氣模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前向模擬掩星方法，其特征在于:所述的步驟C中是按下面公式計(jì)算無線電傳播路徑在大氣模型各層內(nèi)的地心轉(zhuǎn)角及入射角、折射角的: 導(dǎo)航信號(hào)在第i層的折射角AOi算法:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前向模擬掩星方法，其特征在于:步驟E中通過以下步驟判斷掩星: E1、基于T1時(shí)刻GNSS衛(wèi)星軌道高度、探測(cè)衛(wèi)星軌道高度，累計(jì)掩星測(cè)點(diǎn)位于大氣模型各層時(shí)對(duì)應(yīng)地心轉(zhuǎn)角，獲取掩星事件判定星間地心角閥值； E2、基于T1時(shí)刻GNSS衛(wèi)星及探測(cè)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)，得到星間地心角，將其與掩星事件判定星間地心角閥值相比較，如不在閥值內(nèi)，該時(shí)刻未形成掩星； E3、gl\時(shí)刻某對(duì)GNSS衛(wèi)星(SatGX)及探測(cè)衛(wèi)星(SatLX)地心角在閥值以內(nèi)，尋得對(duì)應(yīng)掩星測(cè)點(diǎn)高度，得到地固坐標(biāo)系下無線電信號(hào)傳播至探測(cè)衛(wèi)星角度； E4、利用空間幾何關(guān)系，得到軌道坐標(biāo)系下無線電信號(hào)傳播至探測(cè)衛(wèi)星角度；將其與掩星接收天線視場(chǎng)比較，如在視場(chǎng)內(nèi)，則該對(duì)GNSS衛(wèi)星(SatGX)及探測(cè)衛(wèi)星(SatLX)在該時(shí)刻形成掩星。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前向模擬掩星方法，其特征在于:步驟A中，以基準(zhǔn)衛(wèi)星軌道參數(shù)及星座構(gòu)型參數(shù)為輸入量，考慮地球非球形引力、大氣阻力、三體引力、太陽光壓等攝動(dòng)影響，利用衛(wèi)星軌道動(dòng)·力學(xué)生成同時(shí)刻星座內(nèi)各衛(wèi)星軌道參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01W1/08GK103852812SQ201210524284
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】王玨瑤, 魏世隆, 薛力軍, 何民, 王濤 申請(qǐng)人:深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司