摘要：本文主要從什么是衛(wèi)星星歷，星歷誤差，GPS衛(wèi)星的廣播星歷及其誤差，精密星歷，GPS廣播星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響幾方面來(lái)了解星歷誤差的知識(shí)，通過(guò)本文，加深了對(duì)GPS相關(guān)誤差的認(rèn)識(shí)及了解。

關(guān)鍵字：衛(wèi)星   廣播星歷  精密星歷  誤差

一．什么是衛(wèi)星星歷，星歷誤差，及其定義與分類(lèi)

衛(wèi)星星歷：又稱(chēng)為兩行軌道數(shù)據(jù)（TLE，Two-Line Orbital Element），由美國(guó)celestrak發(fā)明創(chuàng)立。

    衛(wèi)星星歷是用于描述太空飛行體位置和速度的表達(dá)式———兩行式軌道數(shù)據(jù)系統(tǒng)。衛(wèi)星、航天器或飛行體一旦進(jìn)入太空，即被列入NORAD衛(wèi)星星歷編號(hào)目錄。列入NORAD衛(wèi)星星歷編號(hào)目錄的太空飛行體將被終生跟蹤。衛(wèi)星、火箭殘骸等飛行體成為太空垃圾時(shí)，仍被列入NORAD衛(wèi)星編號(hào)目錄，直到目標(biāo)消失。衛(wèi)星星歷以開(kāi)普勒定律的6 個(gè)軌道參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系確定飛行體的時(shí)間、坐標(biāo)、方位、速度等各項(xiàng)參數(shù)，具有極高的精度。衛(wèi)星星歷能精確計(jì)算、預(yù)測(cè)、描繪、跟蹤衛(wèi)星、飛行體的時(shí)間、位置、速度等運(yùn)行狀態(tài)；能表達(dá)天體、衛(wèi)星、航天器、導(dǎo)彈、太空垃圾等飛行體的精確參數(shù)；能將飛行體置于三維的空間；用時(shí)間立體描繪天體的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)。衛(wèi)星星歷的時(shí)間按世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（UTC）計(jì)算。

    衛(wèi)星星歷定時(shí)更新。

    衛(wèi)星星歷可應(yīng)用于軍事、天文、航天、航天器的預(yù)測(cè)、定位、軌道、跟蹤、測(cè)量和太空垃圾的計(jì)算、預(yù)測(cè)、描繪、跟蹤。

衛(wèi)星星歷誤差：由星歷所計(jì)算得到的衛(wèi)星的空間位置與實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。

衛(wèi)星星歷是由地面監(jiān)控站跟蹤監(jiān)測(cè)衛(wèi)星求定的。由于衛(wèi)星運(yùn)行中要受到多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，而通過(guò)地面監(jiān)控站又難以充分可靠地測(cè)定這些作用力或掌握其作用規(guī)律，因此在星歷預(yù)報(bào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一個(gè)觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，星歷誤差屬于系統(tǒng)誤差，是一種起算數(shù)據(jù)誤差。它不僅嚴(yán)重影響單點(diǎn)定位的精度，也是精密相對(duì)定位的重要誤差來(lái)源。

星歷誤差可以近似地認(rèn)為基線的相對(duì)精度近似地等于星歷的相對(duì)精度（星歷誤差與高度 20200km之比）．但嚴(yán)格而言，星歷誤差對(duì)基線的影響與衛(wèi)星和基線的相對(duì)幾何分布有關(guān)，很難具體估計(jì)其大小，當(dāng)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)多于4顆時(shí)，星歷誤差的影響將大大地減小。

廣播星歷和精密星歷衛(wèi)星星歷是GPS衛(wèi)星定位中的重要數(shù)據(jù)。由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。GPS衛(wèi)星的廣播星歷是由全球定位系統(tǒng)的地面控制部分所確定和提供的,經(jīng)GPS衛(wèi)星向全球所有用戶(hù)公開(kāi)播發(fā)的一種預(yù)報(bào)星歷,其精度較差。SA政策取消后,廣播星歷所給出的衛(wèi)星的點(diǎn)位中誤差為5~7m。

二．GPS衛(wèi)星的廣播星歷及其誤差

廣播星歷是定位衛(wèi)星發(fā)播的無(wú)線電信號(hào)上載有預(yù)報(bào)一定時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星根數(shù)的電文信息。

廣播星歷的精度是極不穩(wěn)定的，它受星歷年齡、軌道是否調(diào)整、是否處于地球和月亮的陰影區(qū)等很多對(duì)用戶(hù)而言是偶然因素的影響，即使設(shè)有SA政策，廣播星歷也可能會(huì)差于 1(Xhn，多觀測(cè)一些衛(wèi)星能提高精度。在求解CPS衛(wèi)星軌道時(shí)，廣播星歷只起確定初值的作用，lOOm的精度完全足夠了。但衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)力模型的誤差將引起定出軌道的周期誤差，在長(zhǎng)距離定位時(shí)一般應(yīng)采用精密星歷或同時(shí)定軌。

廣播星歷誤差是當(dāng)前GPS定位的重要誤差來(lái)源之一。美國(guó)SA政策取消后,GPS衛(wèi)星的廣播星歷誤差對(duì)GPS單點(diǎn)以及對(duì)事后載波相位差分GPS數(shù)據(jù)精度的影響程度究竟如何,在缺乏數(shù)據(jù)的情況下只能依據(jù)相關(guān)資料所提供的估計(jì)值,通過(guò)理論分析和事后數(shù)據(jù)處理的方法對(duì)廣播星歷誤差影響GPS單點(diǎn)及事后載波相位雙差定位精度的程度展開(kāi)研究。

三．精密星歷

精密星歷供衛(wèi)星精密定位所使用的衛(wèi)星軌道信息。精密星歷是由若干衛(wèi)星跟蹤站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)事后處理算得的供衛(wèi)星精密定位等使用的衛(wèi)星軌道信息。

精密星歷是為滿(mǎn)足大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究等精密應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制、生產(chǎn)的一種高精度的事后星歷。目前的GPS精密星歷主要有兩種:由美國(guó)國(guó)防制圖局(DMA)生產(chǎn)的精密星歷以及由國(guó)際GPS服務(wù)IGS(International GPS Serv-ice)生產(chǎn)的精密星歷。前者的星歷精度約為2cm,后者的星歷精度約為5cm。采用精密星歷時(shí)應(yīng)該注意，各個(gè) GPS資料處理中心提供的精密星歷盡管在數(shù)值上很接近，但由于各自采用的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)力模 型不一致，可能會(huì)對(duì)基線解算產(chǎn)生系統(tǒng)性的差異.

四．有關(guān)星歷誤差分析及其改正

GPS廣播星歷的軌道誤差分析

衛(wèi)星星歷是衛(wèi)星定位的前提和基礎(chǔ)，其軌道精度的好壞將直接影響定位的精度和結(jié)果。GPS廣播星歷雖然精度較精密星歷低，但因?yàn)槠渚哂袑?shí)時(shí)、易獲取的特點(diǎn)，已被眾多實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位用戶(hù)所廣泛使用。David L.M. Warren、John F. Raquet對(duì)1993年到2002年期間的GPS廣播星歷的軌道精度情況進(jìn)行了分析，得到了一些有益的結(jié)論。2002年，為了提高GPS的定位精度，NGA(National Geospatial-Intelligence Agency)將AII的一些改進(jìn)成果應(yīng)用到主控站上，由NGA與JPO支持的這項(xiàng)計(jì)劃最終成功實(shí)行，即L-AII（Legacy Accuracy Improvement Initiative）計(jì)劃，它主要包括[4]：①將NGA觀測(cè)站對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤觀測(cè)的數(shù)據(jù)添加到衛(wèi)星定軌、預(yù)報(bào)過(guò)程中，并且加入的觀測(cè)站數(shù)目會(huì)不斷增加，由開(kāi)始6個(gè)站到最后11個(gè)站，使得所有的GPS衛(wèi)星在任意時(shí)刻至少有一個(gè)地面跟蹤站對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。而此前對(duì)GPS進(jìn)行跟蹤觀測(cè)的只有OCS的5個(gè)監(jiān)測(cè)站。②對(duì)衛(wèi)星定軌/推估過(guò)程中所使用的動(dòng)力學(xué)模型的改進(jìn)，以及單區(qū)（single partition）定軌策略的實(shí)行。 

在各機(jī)構(gòu)的努力下，特別是L-AII計(jì)劃的實(shí)施，廣播星歷的軌道精度有了很大的提高，從長(zhǎng)期趨勢(shì)中可以看到在三個(gè)方向上的偏差的日平均值都接近于0；對(duì)定位精度影響最大的徑向誤差的日均方根差由2002年的0.8m左右降低到了2006年的0.6m左右，徑向誤差以及法向誤差也分別由2002年的4m、2.5m左右降低到了2006年的1.5m、0.9m左右；且在不考慮鐘差的情況下，SISRE也由1m左右降低到接近于0.7m；到2006年底幾乎所有衛(wèi)星的三維偏差的RMS都達(dá)到了2m左右�？梢云诖�的是在相關(guān)機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步努力下，以及性能更為優(yōu)異的新衛(wèi)星的陸續(xù)升空，GPS的廣播星歷的軌道精度將會(huì)得到更進(jìn)一步的提高。

GPS廣播星歷誤差對(duì)單點(diǎn)定位的影響

在單點(diǎn)定位中,衛(wèi)星星歷誤差對(duì)解箅結(jié)果影響較大.普通單點(diǎn)定位及精密單點(diǎn)定位的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)廣播星歷及精密星歷數(shù)據(jù)的解算,分析星歷精度對(duì)單點(diǎn)定位的影響.計(jì)算結(jié)果表明,使用超快星歷代替最終精密進(jìn)行精密單點(diǎn)定位是可行的.

IGS精密星歷的誤差分析

采用高精度的ITRF2000全球參考框架、新的地球物理模型和誤差改正模型、統(tǒng)一的衛(wèi)星軌道參量和地球自轉(zhuǎn)模型、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理策略，重新處理了IGS全球跟蹤站數(shù)據(jù)以求解1994—2004年的GPS衛(wèi)星軌道。通過(guò)軌道比較評(píng)估了IGS精密星歷的系統(tǒng)偏差和隨機(jī)誤差，發(fā)現(xiàn)IGS精密星歷標(biāo)稱(chēng)精度和實(shí)際精度存在差異，特別是早期結(jié)果。IGS精密星歷在不同時(shí)期存在不同的系統(tǒng)偏差，主要由其在不同時(shí)期采用的不同ITRF序列參考框架之間的差異引起，IERS公布的轉(zhuǎn)換參數(shù)不能完全表征ITRF序列間的差異。相對(duì)于重解精確軌道，IGS精密星歷隨機(jī)誤差隨時(shí)間逐漸減小，1994年為15—20cm，1998年逐漸減小到6～8cm，1998年以后小于5cm。

結(jié)語(yǔ)：本文通過(guò)對(duì)一些GPS基本知識(shí)的理解和相關(guān)文獻(xiàn)的查找整理得出以上敘述，其中列舉了較新的分析誤差的理論方法及個(gè)人的觀點(diǎn)，加深了對(duì)GPS相關(guān)誤差的理解。

參考文獻(xiàn)： 《GPS廣播星歷的軌道誤差分析》李征航、丁文武

           《GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理》李征航