第四章 卫星多普勒定位的数据采集与处理
4.1 卫星的基本信息
地面注入站传送给卫星的轨道数据，是存放在卫星存贮系统内的，然后按照控制程序用相位调制在卫星工作频率上播发出去。这种方法不影响精确的多普勒测量。卫星发射三种信息：
(1)供多普勒测量用的两种相干的稳定频率，即399．968MHz＝400MHz-32kHz和149．988MHz＝150MHz-12kHz，标称400MHz和150MHz；
(2)卫星的轨道参数；
(3)每两分钟的时标。卫星轨道参数和时标常统称为时轨参数。卫星将时轨参数用相位调制的方法调制在工作频率上，并采用编码形式。
子午卫星每两分钟播发一帧含有157个字的电文。电文最末一个字仅由19比特组成，其余156字均由39个比特组成。因此两分钟电文共包含156*39+19＝6103比特。每个比特的周期为120/6103＝19．662ms，标称20ms。
卫星电文的格式，卫星存贮系统内的轨道参数，根据预定的程序，每隔2分钟，被检测一次，同时播发一帧电文。这帧电文由每字含39比特的156字和含19比特的终止字组成。因此一帧电文共含6103个比特，在120 s内发出，每个比特的长度为19.662ms。卫星电文中除第l，2和3字用作识别、同步和结出时标外，其余154个字分为A， B，C三组。A组用于导航定位，B，C组仍用于军事目的。卫星电文译码，卫星电文A组中每个字都含有39个比特。它们的编码情况如下：前三个比特不用，后面36个比特每4个比特表示一个十进制数字。故每个字含有9个十进制数字。应该指出，子午卫星播发的轨道参数采用二进制余三代码(XS3BCD)。通常的子午卫星接收机中装有译码器，将二进制余三代码转换成普通二进制码或美国信息交换标准码(ASCⅡ)。这种码常用于电传打字机和大部分电子计算机。 固定参数的译码，卫星电文A组中的固定参数表示卫星的平均轨道，它在两次注入时间(12-16h)内保持不变。所以在该时间段内每两分钟电文都是重复播发的。
可变参数的译码卫星每两分钟播发一帧电文，其中8个字是卫星轨道的可变参数。它们表示卫星运动的实际轨道，也是对平均轨道(固定参数)的修正。每一
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个可变参数字也由9位十进制数字组成。
4.2导航卫星预报
在卫星多普勒大地测量工作中，为安排观测，删除不符合条件的卫星通过，需要进行导航卫星顶报计算。此项计算工作，可以结合所使用仪器的特点和功能，编制成专用程序，它一般由仪器制造商提供，如MX-1502接收机等，也可以使用通用计算机，按自编程序，编制成工作星历，如CMA-722B接收机。由于导航卫星的轨道周期较稳，并且播发广播星历，提供卫星的时轨参数。所以预报计算是根据广播星历来进行，通常使用三个月内的广播星历，以保证预报的时刻误差不大于一分钟。预报计算的方法很多，常用的有试探法。试探法就是根据某时段接收到的广播星历，计算出需要观测日期开始时刻的卫星坐标，再将此卫星坐标与测站概略坐标计算出此时刻的卫星高度角，判别它是否在地平面上。然后用增加时间的办法试探被预报的卫星是否再次出现地平面上。如此试探下去，直到需要观测日期的结束时刻为止。如果确定卫星出现在地平面上时，则再用增加时间的方法计算此次卫星通过时的过顶时刻 (最大高度角时刻)和下落时刻，以及通过的方向和方位。这种试探法虽然费时，但比较简单并可借用导航程序的某些子程序。这里叙述的卫星预报计算方法，是以高度角条件和升赤经条件作为初选，对某一颗被预报的卫星来说，只要简单的运算就可确定该圈卫星是否能被某测站观测到。然后可以用试探法或者采用多项式拟合求根值和极值的方法，来确定该次卫星通过时上升,下落以及过顶的时刻，还要确定卫星通过的方向和方位。
起始数据中导航卫星每两分钟播发一帧电文，它包含可变参数8个字和固定参数17个字两部分。表示瞬时卫星轨道的可变参数，每两分钟改变一次。而表示卫星平均轨道的固定参数，在两次注入期约12小时内是不变的。导航卫星的预报仅利用固定参数中前12个字作为起始数据输入。
子午卫星的预报计算首先要根据起始数据进行初选。初选的目的就是确定在某测站上卫星可见段的开始时刻，即确定卫星由测站地平面上升的时刻。为此，首先提出高度角条件。
4.3 卫星多普勒数据的预处理
预处理就是对卫星多普勒数据进行解码、计算和检验，共主要内容有：卫星
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多普勒数据记录格式，多普勒计数的归算，卫星轨道的拟合，卫星坐标的计算，测站点地心坐标近似值的计算，卫地距离和卫星高度角以及对流层折射改正的计算，本机时标与卫星时标的换算等。在计算过程中应进行各种数据检验，并拟定各种检验标准，凡符合标准的数据予以保留，不符合标准的数据一般均剔除。 数据预处理的程序，因计算机型号和记录设备不同而异。对接收机所提供的观测数据进行预处理的程序称为多数判决，它一般由设备制造商提供，该程序用于数据简单检验并使数据压缩。在这所述的预处理是经过多数判决后的预处理。卫星多普勒数据记录格式，因接收机和记录设备不同而异。
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第五章 卫星多普勒观测的误差分析
5.1 概述
子午卫星导航系统的坐标是以地球质心为原点(它与地心相差约为1m，即
?X?0.5m，?Y?-1.3m，?Z?0.7m)，短轴与地球自转轴相重合的空间三维直
角坐标系，简称地心坐标系，同时也采用”1972年世界大地测量坐标系”(WGS-72)的地球模型，该系统是利用了近代的卫星、天文大地和重力资料，在WGS—66基础上改进的，其主要地球参数为
a?6378135(?5)mb?a(1?f)?6356750.52mf?1/298.26(?0.6?103?72)
GM?398600.5km/s(?0.4)以上确定地球模型、坐标系以及地球位函数的球谐系数，统称为定场。 子午卫星导航系统是由近似圆形极轨道的六颗卫星组成(其中有一颗卫星已不能正常工作)，平均高度为1100km，角速度为3.4?/min，地平以上可观测的持续时间为18分钟，卫星视区范围的直径为6700km，如顾及卫星运行周期和地球自转周期，每圈视带向西移动约26?，相当于平均距离为2500km，同一颗卫星两次经过的视带重叠范围可达60％，在中纬度地区大约每60分钟可接收到任一颗子午卫星在赤道上大约每120分钟可接收到任一颗子午卫星，因此，子午卫星视带基本上覆盖全球。
子午卫星提供了精确的时标和轨道信息。在每颗卫星里，备有一台5MHz高稳定度的标准振荡器(稳定为3?1011/天)，经过倍频器(X80，X30)，发射出399.68MHz和149.988MHz的两个相干载频。标准振荡器的输出信号经分频器后，用来控制存储器系统，调相到150 MHz和400 MHz信号上读出和编码。由于导航电文被控制在每个偶分钟的开始和结束的瞬间发出，所以电文不仅提供固定的标频和导航电文，还提供定时信号。在导航电文中，包括了已解密的A组轨道参数，即平滑处理的开普勒密切椭圆的固定参数及对此所作修正的可变参数，统称为广播星历。在可使用的五颗卫星中，卫星序号为NNSS 30190和30140两颗
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卫星，编算了精密星历。利用多普勒接收机可以确定轨道参数，简称定轨。 根据导航电文(或精密星历)，可以得到以时间为函数的卫星位置。为了测定测站坐标，可以利用各种类型接收机来测量多普勒频移，从而求得测站与卫星间距离差。定站计算是根据卫星轨道参数和近似的测站坐标计算出距离差，利用各种数学模型，将计算值最佳地拟合到多普勒观测值上,即可定出测站坐标改正值，这种方法简称定站。
定场、定轨、定站三者是密切相关的，互为因果的。在卫星大地测量和天体测量中已知卫星位置(或恒星坐标)，可以测定测站坐标，或者已知测站位置，可以测定卫星轨道参数(或恒星星表等)，其数据处理互为逆运算。
目前在国际上进行卫星多普勒定位，一般采用两类方法，即 1. 轨道参数不参加平差，如： (1)单点定位法， (2)联测定位法。 2. 轨道参数参加平差,如 (1)短弧法， (2)半短弧法。
不论采用那种方法，都必须研究卫星多普勒观测的误差因素。根据有关文献指出，卫星多普勒观测的误差源可分为三类，即轨道误差，折射误差和接收误差。本章将讨论上述误差的成因，误差的量级，以及削弱或测定误差的方法，并为拟定卫星多普勒观测网的实施方案提供理论依据。
5.2 轨道误差
子午卫星的轨道误差主要取决于卫星摄动方程的模型，折射影响的清除程度，卫星跟踪站的坐标精度，卫星装置和地面接收机的工作性能起算数据的精度及其计算轨道的程序等。1974年1月27日广播星历由于消除极移误差(约10 m)而得到改进，1976年12月12日起采用WGS-72地球模型作为卫星星历的计算基础，使轨道误差大为减小。目前，就单点定位解算成果而言，假如使用精密星历解算，在多次卫星通过后，可望达到?0.5m，而使用广播星历解算的精度并不包括多普勒定位系统本身与外部各种标准的差异。放在估算卫星多普勒定位成果的外精度时,必须根据由卫星多普勒定位系统求得的坐标、距离、方位角等与其
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