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申请/专利权人：中国电子科技集团公司第五十四研究所

摘要：本发明公开了一种用于低轨卫星监测GNSS的仿真模拟系统，属于卫星导航定位技术领域。系统包括：中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元、低轨卫星星载数据仿真单元、中高轨卫星地面数据仿真单元、低轨卫星导航增强数据仿真单元、静态地面目标仿真单元、数据实时流仿真单元以及测试管理单元。本发明能够准确模拟中高轨和低轨卫星的轨迹与观测数据，而且能够实时仿真低轨卫星监测中高轨卫星的方法与性能。本发明通过高保真模型和多场景的模拟从而提高仿真的逼真度,缩小仿真测试结果与真实测试结果的测试偏差，可应用于未来低轨卫星监测GNSS系统的测试评估。

主权项：1.一种用于低轨卫星监测GNSS的仿真模拟系统，其特征在于，包括中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元、低轨卫星星载数据仿真单元、中高轨卫星地面数据仿真单元、低轨卫星导航增强数据仿真单元、静态地面目标仿真单元、数据实时流仿真单元和测试管理单元；所述中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元，用于仿真高逼真度的中高轨GNSS卫星以及低轨卫星的轨道和钟差；所述低轨卫星星载数据仿真单元，用于仿真低轨卫星星载GNSS数据；所述中高轨卫星地面数据仿真单元，用于仿真生成中高轨GNSS卫星的地面数据；所述低轨卫星导航增强数据仿真单元，用于仿真低轨卫星导航增强观测量；所述静态地面目标仿真单元，用于模拟地面目标的静态轨迹；所述数据实时流仿真单元，用于模拟实时仿真的各种观测数据；所述测试管理单元，用于整个系统的测试与整合管理；模拟仿真系统进行低轨卫星实时监测GNSS的流程具体包括如下过程：步骤1，由中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元生成高中低轨卫星星座；给定种子卫星的初始轨道根数或TLE两行根数，在此基础上利用数值积分器进行轨道预报，生成高中低轨卫星星座的原始轨道；同时随机在卫星的初始轨道根数上添加5cm~10cm的偏差，再次进行轨道预报，从而生成带有误差的高中低轨卫星星座的卫星轨道；仿真卫星钟差的生成采用两种方案，一种为系统内预置的模型，包括二次多项式模型以及常数模型；另一种方案是输入钟差文件，按照实际低轨卫星解算出的钟差进行仿真；步骤2，由中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元生成高中低轨卫星星历；首先设计低轨广播星历，其次广播星历采用二体问题计算，最后利用最小二乘原理，经过多次迭代，将带有误差的卫星轨道拟合得到所有参考历元广播星历参数，生成高中低轨卫星广播星历；然后以带有误差的卫星轨道钟差为基准，与拟合出的高中低轨广播星历钟差作差，将差值转至卫星RTN坐标系，得到GNSS精密改正信息；步骤3，由静态地面目标仿真单元生成静态地面监测站点信息，仿真站点的静态轨迹和站点周围环境，包括站点周围的天气参数，气压和湿度；步骤4，低轨卫星星载数据仿真单元、中高轨卫星地面数据仿真单元和低轨卫星导航增强数据仿真单元均接收来自中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元生成的高中低轨卫星轨道和卫星钟差以及静态地面目标仿真单元生成的静态地面监测站点信息，再由低轨卫星星载数据仿真单元生成低轨卫星星载数据，中高轨卫星地面数据仿真单元生成GNSS地面仿真数据，低轨卫星导航增强数据仿真单元生成低轨导航增强数据；首先根据仿真目标星座轨道数据，每个历元被仿真接收机位置通过迭代，计算GNSS或低轨卫星发射信号时刻的位置；进而计算接收到卫星发射的距离、高度角和方位角，根据高度截止角限定仿真条件；利用天线相位中心校正公式计算卫星天线相位中心与几何中心的偏差，计算测量数据的几何距离；然后添加仿真钟差，根据电离层模型计算理论电离层延迟，载波周跳可根据需要人为添加，添加均值为零、标准差与高度角相关的高斯噪，分别仿真每颗卫星每个历元的观测数据，直至仿真结束；步骤5，数据实时流仿真单元接收中高轨与低轨卫星轨道钟差仿真单元生成的低轨中高轨广播星力和GNSS精密改正信息以及步骤4中得到的观测数据，再基于标准Ntrip协议，向仿真模拟系统的服务器进行数据播发；步骤6，测试管理单元实现低轨与GNSS实时数据的接收与计算，分析低轨卫星监测中高轨GNSS卫星的性能，实现对对应低轨星座监测性能的评价；所述中高轨与低轨卫星轨道仿真单元可根据需求配置不同星座构型，进而应用包括80阶地球重力场、太阳系大天体三体摄动、盒-翼太阳光压、大气阻力、月球J2项摄动、地球潮汐、地球反照辐射和热辐射等高精度模型，采用多步数值积分法，获取高精度中高轨与低轨卫星轨道；同时采用二次项形式获取高精度中高轨与低轨卫星钟差；在生成的高精度中高轨与低轨卫星的轨道上根据设置情况，添加相应的系统误差与噪声，以获得更为逼近实际情况的计算轨道与钟差；所述低轨卫星星载数据仿真单元、中高轨卫星地面数据仿真单元以及低轨卫星导航增强数据仿真单元，可根据系统输入仿真生成标准数据，标准数据包括仿真卫星电文以及测距数据；其中仿真生成的观测量以二次项形式获取的高精度中高轨与低轨卫星钟差为基础，仿真播发的卫星电文以添加系统误差和噪声后的轨道与钟差为基础。

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