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标题：北斗卫星精密轨道确定
作者：赵齐乐，郭靖*，王晨，吕逸飞，许小龙，杨超，李俊强
主题词：北斗卫星导航系统；轨道和钟差；太阳光压力；姿态；相位中心；星间链路
（图片来自作者）
Precise orbit determination for BDS satellites
Qile Zhao, Jing Guo* , Chen Wang, Yifei Lv, Xiaolong Xu, Chao Yang and Junqiang Li
Satellite Navigation (2022) 3: 2
引用文章:
Zhao, Q. L., Guo, J., Wang, C. et al. Precise orbit determination for BDS satellites. Satell Navig3, 2 (2022). https://doi.org/10.1186/s43020-021-00062-y
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https://satellite-navigation.springeropen.com/articles/10.1186/s43020-021-00062-y
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Editorial Summary
BDS: Precise orbit determination
China has made continuous efforts to establish its own independent BeiDou Navigation Satellite System (BDS) to provide Positioning, Navigation and Timing services, which rely on the high quality of orbit and clock products.
This article summarizes the achievements in the Precise Orbit Determination of BDS satellites in the past decade with the focus on observation and orbit dynamic models, e.g., phase center corrections, satellite attitude, and solar radiation pressure.
In addition, the urgent requirement for error modeling of the ISL data is emphasized based on the analysis of the observation noises, and the incompatible characteristics of orbit and clock derived with L-band and ISL data are discussed.
The further researches on the improvement of ISL and L-band observation models, dynamic perturbations and the potential contribution of BDS to the estimation of geodetic parameters are identified.
本文亮点
本文总结了过去近10年国内外有关北斗卫星精密定轨的研究，特别是在几何观测模型、轨道动力学模型以及定轨策略方面的研究进展。 首先给出了北斗卫星元数据，特别是卫星星体和太阳帆板的几何和物理属性参数，并梳理和总结了北斗卫星地面测站和低轨卫星跟踪情况。 在几何误差模型方面，详细总结了卫星偏航姿态和天线相位中心改正模型的研究现状。 在轨道动力学研究方面，则重点讨论和分析了太阳光压力、地球反照辐射、天线推力和热辐射力等非保守力模型的研究进展。
本文进一步总结和分析了星间链路观测值特性和对北斗精密定轨的贡献。 在描述星间链路拓扑结构和建链方式的基础上，采用精密定轨残差和双向归化钟差观测值闭合差揭示星间链路观测值中存在成因未知的常量、趋势项和周期项等系统性误差。 进一步表明采用星间链路和星地L波段观测值所确定的两类卫星径向轨道误差特性的不一致，讨论了观测值特性对卫星轨道和非保守力估计的影响。
本文探讨了北斗卫星精密定轨的后续研究及展望。 具体包括，在完善北斗卫星元数据的基础上，进一步联合地面和低轨卫星星载北斗跟踪数据，估计和IGS框架一致的所有卫星天线相位中心偏差和变化；进一步优化太阳光压力和热辐射力等非保守力模型，以提高蚀卫星以及零偏期间卫星定轨精度；分析星间链路系统误差来源以及消除方法；研究钟差模型或星间链路所估钟差约束下的北斗卫星精密定轨；考察和分析北斗系统及其星地、星间和星载观测值对地心、尺度和地球自转参数等大地测量参数估计的影响和贡献。
内容简介
中国从20世纪80年代开始积极探索建立独立的北斗卫星导航系统，通过三步走的策略，先后成功建立了由三颗地球静止轨道（GEO）卫星组成的北斗一号系统，由 5 颗GEO、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4 颗中轨道（MEO）卫星组成的北斗二号系统，以及由3颗GEO、3颗IGSO和24颗MEO组成的北斗三号系统。 北斗二号系统从2012年12月底正式提供区域定位、导航和授时（PNT）服务，而北斗三号自2020年7月31日起正式提供全球PNT服务。
轨道和钟差是决定北斗卫星系统服务性能的核心参数，也对地球定向参数（EOP）、地心等大地测量参数的估计和确定有重要影响。 本文从卫星系统、跟踪数据、几何观测模型、轨道动力学模型和定轨策略等方面，总结了过去近10年北斗卫星精密定轨的研究进展。 并进一步讨论了北斗卫星对大地测量参数估计的影响和贡献，最后探讨了北斗卫星精密定轨的后续研究内容。
图文导读
I 北斗系统状态和卫星元数据
当前，北斗卫星导航系统空间段由北斗二号系统（5颗GEO、7颗IGSO和3颗MEO）、北斗三号实验系统（2颗IGSO和2颗MEO）和北斗三号全球系统（3颗GEO、3颗IGSO和24颗MEO）组成，其详细在轨状态可参见中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心（http:///pdf/gpp_cal125_euref19_p.pdf . Accessed on 01 September 2021
103 Xia F, Ye S, Chen D, Jiang N (2019) Observation of BDS-2 IGSO/MEOs yaw-attitude behavior during eclipse seasons. GPS Solutions 23:71. https://doi.org/10.1007/s10291-019-0857-8
104 Xia F, Ye S, Chen D, Wu J, Wang C, Sun W (2020) Estimation of antenna phase center offsets for BeiDou IGSO and MEO satellites. GPS Solution 24:90. https://doi.org/10.1007/s10291-020-01002-0
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123 Zhou R, Hu Z, Zhao Q, Li P, Wang W, He C, Cai C, Pan Z (2018) Elevation-dependent pseudorange variation characteristics analysis for the new-generation BeiDou satellite navigation system. GPS Solutions 22:60. https://doi.org/10.1007/s10291-018-0726-x
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126 Zheng J (2020) Inter-satellite link and autonomous navigation of BDS. Presented at China Satellite Navigation Conference (CSNC) 2020, Chengdu, 23 November 2020.
作者简介
赵齐乐 教授
本文第一作者
武汉大学
▍作者简介
赵齐乐，武汉大学教授，目前重点开展卫星精密定轨定位及天地一体化导航增强方面的理论、方法和软件系统的研究。 发表了SCI索引论文100余篇，获得国家发明专利7项，软件著作权18项。 相关成果获得了国家科学技术进步一等奖、二等奖，及教育部科技进步一等奖等多项奖励。
郭靖 副教授
本文通讯作者
武汉大学
▍作者简介
郭靖，武汉大学卫星导航定位技术研究中心，副教授。 主要从事北斗/GNSS卫星精密定轨等方面的理论、算法和软件系统研究。 已发表论文40余篇，获国家和省部级奖多项。 国际卫星导航服务组织（IGS）实时和参考框架工作组成员，负责武汉大学IGS MGEX（WUM产品）和iGMAS分析中心以及IGS第三次GNSS历史数据重处理。
初审：段鹏丽
复审：宋启凡
终审：金 君
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