文 献 综 述

本课题主要研究GPS卫星轨道坐标及伪距单点定位计算程序，对轨道精度和坐标误差进行分析，通过阅读相关文献，现将资料做如下总结：

一 总述

全球定位系统（GPS）是美国国防部为陆、海、空三军研制的新一代卫星导航定位系统。自其问世以来，以其高精度、全天候、全球覆盖和广泛应用的前景吸引了全世界的关注，成为代替传统导航、定位和测时的重要手段。GPS作为实时动态定位服务的基础平台，是信息社会的重要基础设施，为诸多领域提供实时、高精度、高可靠性和高效率的空间信息服务，它也是测绘空间信息采集的主要手段，从伪距观测测量定位技术，载波相位相对测量定位技术到差分定位技术再到广域差分定位技术，GPS定位精度已达到厘米级甚至毫米级以上，这是常规测量技术难以比拟的。所以也对GPS卫星星历精度和实时性提出了越来越高的要求^{[ 2,10,11]}。

GPS定位测量是通过用户接收机接收GPS卫星发射的信号来测定测站坐标的，GPS卫星信号包括测距码信号（P码和C/A码）、导航电文和载波信号，其中测距码信号都是二进制伪随机噪声序列，具有特殊的统计性质，GPS卫星的导航电文主要包括卫星星历、时钟改正、电离层时延改正^[3,12]。

GPS卫星定位中，需要知道GPS卫星的位置，通过卫星的导航电文将已知的某一初始历元的轨道参数及其变率发给用户（接收机），即可计算出任意时刻的卫星位置。其中描述卫星运动轨道参数的信息就是卫星星历，预报星历又叫广播星历，通常包括相对某一参数历元的开普勒轨道参数和必要的轨道摄动改正参数^[4,12]。

GPS定位测量根据参考点不同，可分为绝对定位和相对定位，绝对定位以地球质心为参考点，测定接收机天线在协议地球坐标系中的绝对位置，由于定位作业仅需要使用一台接收机，所以又称单点定位。单点定位外业工作和数据处理都比较简单，但其定位结果受卫星星历误差和信号传播误差影响较为显著，所以定位精度较低。静态绝对定位是在接收机天线处于静止状态下，确定测站的三维地心坐标。定位所依据的观测量，是根据码相关测距测定的卫星至测站间的伪距^[12]。

卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差，由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得，所以又称卫星轨道误差。估计和处理卫星的轨道误差一般比较困难，原因是卫星在运行中要受到多种摄动力的复杂影响，而地面监控系统又很难确切掌握这些作用力的变化规律，广播星历的早期精度是20m-50m，目前随摄动力模型和定轨技术，不断完善，已达到5-10m，甚至更高的精度。在GPS定位测量中，卫星作为空间动态已知点，卫星星历作为已知起算数据，因此星历误差是一种起算数据误差，它必将以某种方式传递给测站坐标，产生定位误差，在GPS绝对定位中，星历误差对测站坐标的影响，估计为几十米到一百米^[13,14]。

二 利用广播星历计算卫星坐标

GPS卫星的广播星历提供16个星历参数，其中包括1个参考时刻，6个相应参考时刻的开普勒轨道参数和9个轨道摄动修正参数，用广播星历参数计算任一时刻t的卫星卫星步骤如下^[7]：