一種產(chǎn)生gnss掩星路徑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，屬于衛(wèi)星計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 1995年GPS/MET實(shí)驗(yàn)的成功，揭開了GNSS無線電掩星技術(shù)用于地球大氣探測的序 蒂。
[0003] 近年來，伴隨著多顆掩星觀測衛(wèi)星的發(fā)射，各國學(xué)者對于GNSS電離層掩星反演技 術(shù)的研宄日趨重視。國內(nèi)對于CNSS無線電掩星技術(shù)探測電離層的研宄起步較晚，但自90年 代以來，己有一些研宄機(jī)構(gòu)在該方向上開展了一些研宄工作并取得了一定的科研成果，例 如中國科學(xué)院上海天文臺，該機(jī)構(gòu)和溫州師范學(xué)院數(shù)學(xué)系聯(lián)合開發(fā)了上海天文臺GPS，LEO 掩星反演地球大氣模擬軟件SHA00S，為GPS幾LEO掩星反演地球大氣技術(shù)的理論研宄提供 了多功能的模擬程序。
[0004]GNSS掩星是通過低軌道的衛(wèi)星（LEO)和高軌道的導(dǎo)航衛(wèi)星（GNSS)之間的信號變 化來反演經(jīng)過路徑上某些物理性質(zhì)的技術(shù)。這個(gè)技術(shù)首先需要依賴掩星事件的發(fā)生，需要 找到LEO在進(jìn)入或者離開地球遮擋區(qū)的一個(gè)時(shí)間段。相應(yīng)地，在驗(yàn)證反演算法正確性等的 過程中，需要以一個(gè)掩星發(fā)生的路徑作為基礎(chǔ)，模擬出掩星發(fā)生的若干性質(zhì)后，才能展開后 續(xù)設(shè)計(jì)工作。
[0005] 由于掩星的路徑是在一個(gè)三維空間中求解一個(gè)曲線，如果就在笛卡爾坐標(biāo)下計(jì) 算，需要建立GPS，LE0,電離層曲面等的方程聯(lián)立求解，計(jì)算復(fù)雜度將十分高。現(xiàn)在急需一 種方式

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的 方法，通過笛卡爾坐標(biāo)系下與大地坐標(biāo)系下導(dǎo)航衛(wèi)星的位置及幾何相切的關(guān)系推算，得到 最終的導(dǎo)航衛(wèi)星路徑，解決了復(fù)雜的幾何關(guān)系運(yùn)算問題，使得運(yùn)算效率提高了 50%，準(zhǔn)確也 大大提尚。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] 一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，包括步驟如下：
[0009] (1)確定導(dǎo)航衛(wèi)星的任意位置在笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0010] ⑵計(jì)算步驟（1)中確定的導(dǎo)航衛(wèi)星任意位置的大地坐標(biāo)；
[0011] ⑶計(jì)算掩星路徑的終止點(diǎn)；
[0012] (4)計(jì)算掩星路徑與電離層下邊界的切點(diǎn)；
[0013] (5)計(jì)算掩星路徑的起始點(diǎn)；
[0014] (6)根據(jù)起始點(diǎn)S和終止點(diǎn)E，求解掩星路徑參數(shù)，即起始點(diǎn)和終止點(diǎn)連線的方位 角和距離角；
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于步驟如下： (1) 確定導(dǎo)航衛(wèi)星的任意位置在笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； (2) 計(jì)算步驟（1)中確定的導(dǎo)航衛(wèi)星任意位置的大地坐標(biāo)； (3) 計(jì)算掩星路徑的終止點(diǎn)； (4) 計(jì)算掩星路徑與電離層下邊界的切點(diǎn)； (5) 計(jì)算掩星路徑的起始點(diǎn)； (6) 根據(jù)起始點(diǎn)S和終止點(diǎn)E，求解掩星路徑參數(shù)，即起始點(diǎn)和終止點(diǎn)連線的方位角和 距離角； (7) 計(jì)算掩星路徑上的任意節(jié)點(diǎn)Q的坐標(biāo)； 利用步驟（3b)和（4b)中的公式求解掩星路徑上任意一點(diǎn)Q的坐標(biāo)，其中距離起始S 點(diǎn)的距離角度為cSQ，方位角為步驟（6)求的方位角Az，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換可得任一點(diǎn)的的笛卡 爾坐標(biāo)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于在：所述步驟 (2) 中計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星的大地坐標(biāo)（BgpMLg^Hgps)的具體方式如下： 計(jì)算導(dǎo)航衛(wèi)星的大地坐標(biāo)（Bgps，Lgps，Hgps)，即導(dǎo)航衛(wèi)星的大地?zé)樁龋蟮亟?jīng)度和大地高 度；
其中，地球半徑Re= 6378137. O ;導(dǎo)航衛(wèi)星笛卡爾坐標(biāo)系下的任意位置的坐標(biāo) (Xgps, Ygps, Zgps);導(dǎo)航衛(wèi)星到地球球心的距離
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于在：所述步驟 (3) 中掩星路徑的終止點(diǎn)的具體計(jì)算方式如下： (3a)計(jì)算掩星路徑終止點(diǎn)到導(dǎo)航衛(wèi)星在地球表面上的距離角度：
其中，Rle。表示低軌衛(wèi)星的運(yùn)行半徑；導(dǎo)航衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星的連線與低軌衛(wèi)星和地球中 心的連線垂直； (3b)計(jì)算終止點(diǎn)的大地?zé)樁菳md，大地經(jīng)度Lmd: Bend= arcsin(sinB ^cosCg^+cosBgp^inc^cosA,,) Lend= L gp^arctantsinc^sinA,,/ (cosB^cosCg^-sinBgp^inc^cosA,,)] 其中，Ae表示低軌衛(wèi)星運(yùn)行軌跡與導(dǎo)航衛(wèi)星和地球球心的連線的交點(diǎn)到終止點(diǎn)的方位 角，取任意常數(shù)； (3c)將大地坐標(biāo)系下的終止點(diǎn)轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的終止點(diǎn)：
其中，Hend表示低軌衛(wèi)星的高度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于在：所述步驟 (4) 中掩星路徑與電離層下邊界的切點(diǎn)的具體計(jì)算方式如下： 掩星路徑起始點(diǎn)S與導(dǎo)航衛(wèi)星的連線與電離層的下邊界相切，相切點(diǎn)為T ; (4a)計(jì)算T點(diǎn)到導(dǎo)航衛(wèi)星在地球表面上的距離角度：
其中，Rbrt表示電離層底部半徑； (4b)計(jì)算切點(diǎn)的大地?zé)樁菳t，大地經(jīng)度LT: Bt= arcsin(sinB gj^coscT+cosB-sirK^cosAT) Lt= L gps+arctan [sincTsinAT/ (cosBgpsCosCj-sinBgpsSincjCosAj)] 其中，八1表示地球電離層與導(dǎo)航衛(wèi)星和地球球心的連線的交點(diǎn)到終止點(diǎn)的方位角，取 任意常數(shù)； (4c)將大地坐標(biāo)系下的切點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的切點(diǎn)（XT，YT，Zt):
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于在：所述步驟 (5) 中掩星路徑的起始點(diǎn)的具體計(jì)算方式如下： 導(dǎo)航衛(wèi)星和掩星路徑與電離層下邊界切點(diǎn)的連線PT與低軌衛(wèi)星軌道球面有兩個(gè)交 點(diǎn)，其中在導(dǎo)航衛(wèi)星另一側(cè)的就是掩星路徑的起始點(diǎn)S ; (5a)求解掩星路徑起始點(diǎn)S點(diǎn)的笛卡爾坐標(biāo)rS = (Xstart、Ystart、Zstart):
其中，a = I I dPT I I，dPT= r T-rP;b = 2r p · dPT;c = I I r p I I ;rP，rT為矢量，表示 P，T 兩點(diǎn) 的笛卡爾坐標(biāo) rP= (X gps, Ygps, Zgps)、rT= (ΧΤ，ΥΤ, Ζτ)，是一個(gè)矢量； Gh)胳S占的?？栕鴺?biāo)鮮拖為女他坐標(biāo)，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，其特征在于在：所述步驟 (6)中求解掩星路徑參數(shù)，即起始點(diǎn)和終止點(diǎn)連線的方位角和距離角的具體方式如下；
【專利摘要】本發(fā)明一種產(chǎn)生GNSS掩星路徑的方法，包括步驟如下：(1)確定導(dǎo)航衛(wèi)星的任意位置在笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；(2)計(jì)算步驟(1)中確定的導(dǎo)航衛(wèi)星任意位置的大地坐標(biāo)；(3)計(jì)算掩星路徑的終止點(diǎn)；(4)計(jì)算掩星路徑與電離層下邊界的切點(diǎn)；(5)計(jì)算掩星路徑的起始點(diǎn)；(6)根據(jù)起始點(diǎn)S和終止點(diǎn)E，求解掩星路徑參數(shù)，即起始點(diǎn)和終止點(diǎn)連線的方位角和距離角；(7)計(jì)算掩星路徑上的任意節(jié)點(diǎn)Q的坐標(biāo)。本發(fā)明解決了復(fù)雜的幾何關(guān)系運(yùn)算問題，使得運(yùn)算效率提高了50％，準(zhǔn)確也大大提高。
【IPC分類】G01S19-46, G01S19-51
【公開號】CN104749598
【申請?zhí)枴緾N201510134688
【發(fā)明人】李運(yùn)偉, 林軍, 李慶鵬
【申請人】中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月25日