摘要：本文主要從什么是衛星星歷，星歷誤差，GPS衛星的廣播星歷及其誤差，精密星歷，GPS廣播星歷誤差對單點定位的影響幾方面來了解星歷誤差的知識，通過本文，加深了對GPS相關誤差的認識及了解。

關鍵字：衛星   廣播星歷  精密星歷  誤差

一．什么是衛星星歷，星歷誤差，及其定義與分類

衛星星歷：又稱為兩行軌道數據（TLE，Two-Line Orbital Element），由美國celestrak發明創立。

    衛星星歷是用于描述太空飛行體位置和速度的表達式———兩行式軌道數據系統。衛星、航天器或飛行體一旦進入太空，即被列入NORAD衛星星歷編號目錄。列入NORAD衛星星歷編號目錄的太空飛行體將被終生跟蹤。衛星、火箭殘骸等飛行體成為太空垃圾時，仍被列入NORAD衛星編號目錄，直到目標消失。衛星星歷以開普勒定律的6 個軌道參數之間的數學關系確定飛行體的時間、坐標、方位、速度等各項參數，具有極高的精度。衛星星歷能精確計算、預測、描繪、跟蹤衛星、飛行體的時間、位置、速度等運行狀態；能表達天體、衛星、航天器、導彈、太空垃圾等飛行體的精確參數；能將飛行體置于三維的空間；用時間立體描繪天體的過去、現在和將來。衛星星歷的時間按世界標準時間（UTC）計算。

    衛星星歷定時更新。

    衛星星歷可應用于軍事、天文、航天、航天器的預測、定位、軌道、跟蹤、測量和太空垃圾的計算、預測、描繪、跟蹤。

衛星星歷誤差：由星歷所計算得到的衛星的空間位置與實際位置之差稱為衛星星歷誤差。

衛星星歷是由地面監控站跟蹤監測衛星求定的。由于衛星運行中要受到多種攝動力的復雜影響，而通過地面監控站又難以充分可靠地測定這些作用力或掌握其作用規律，因此在星歷預報時會產生較大的誤差。在一個觀測時間段內，星歷誤差屬于系統誤差，是一種起算數據誤差。它不僅嚴重影響單點定位的精度，也是精密相對定位的重要誤差來源。

星歷誤差可以近似地認為基線的相對精度近似地等于星歷的相對精度（星歷誤差與高度 20200km之比）．但嚴格而言，星歷誤差對基線的影響與衛星和基線的相對幾何分布有關，很難具體估計其大小，當觀測衛星數多于4顆時，星歷誤差的影響將大大地減小。

廣播星歷和精密星歷衛星星歷是GPS衛星定位中的重要數據。由衛星星歷所給出的衛星位置與衛星的實際位置之差稱為衛星星歷誤差。GPS衛星的廣播星歷是由全球定位系統的地面控制部分所確定和提供的,經GPS衛星向全球所有用戶公開播發的一種預報星歷,其精度較差。SA政策取消后,廣播星歷所給出的衛星的點位中誤差為5~7m。

二．GPS衛星的廣播星歷及其誤差

廣播星歷是定位衛星發播的無線電信號上載有預報一定時間內衛星根數的電文信息。

廣播星歷的精度是極不穩定的，它受星歷年齡、軌道是否調整、是否處于地球和月亮的陰影區等很多對用戶而言是偶然因素的影響，即使設有SA政策，廣播星歷也可能會差于 1(Xhn，多觀測一些衛星能提高精度。在求解CPS衛星軌道時，廣播星歷只起確定初值的作用，lOOm的精度完全足夠了。但衛星運動力模型的誤差將引起定出軌道的周期誤差，在長距離定位時一般應采用精密星歷或同時定軌。

廣播星歷誤差是當前GPS定位的重要誤差來源之一。美國SA政策取消后,GPS衛星的廣播星歷誤差對GPS單點以及對事后載波相位差分GPS數據精度的影響程度究竟如何,在缺乏數據的情況下只能依據相關資料所提供的估計值,通過理論分析和事后數據處理的方法對廣播星歷誤差影響GPS單點及事后載波相位雙差定位精度的程度展開研究。

三．精密星歷

精密星歷供衛星精密定位所使用的衛星軌道信息。精密星歷是由若干衛星跟蹤站的觀測數據，經事后處理算得的供衛星精密定位等使用的衛星軌道信息。

精密星歷是為滿足大地測量、地球動力學研究等精密應用領域的需要而研制、生產的一種高精度的事后星歷。目前的GPS精密星歷主要有兩種:由美國國防制圖局(DMA)生產的精密星歷以及由國際GPS服務IGS(International GPS Serv-ice)生產的精密星歷。前者的星歷精度約為2cm,后者的星歷精度約為5cm。采用精密星歷時應該注意，各個 GPS資料處理中心提供的精密星歷盡管在數值上很接近，但由于各自采用的衛星運動力模 型不一致，可能會對基線解算產生系統性的差異.

四．有關星歷誤差分析及其改正

GPS廣播星歷的軌道誤差分析

衛星星歷是衛星定位的前提和基礎，其軌道精度的好壞將直接影響定位的精度和結果。GPS廣播星歷雖然精度較精密星歷低，但因為其具有實時、易獲取的特點，已被眾多實時導航和定位用戶所廣泛使用。David L.M. Warren、John F. Raquet對1993年到2002年期間的GPS廣播星歷的軌道精度情況進行了分析，得到了一些有益的結論。2002年，為了提高GPS的定位精度，NGA(National Geospatial-Intelligence Agency)將AII的一些改進成果應用到主控站上，由NGA與JPO支持的這項計劃最終成功實行，即L-AII（Legacy Accuracy Improvement Initiative）計劃，它主要包括[4]：①將NGA觀測站對GPS衛星進行跟蹤觀測的數據添加到衛星定軌、預報過程中，并且加入的觀測站數目會不斷增加，由開始6個站到最后11個站，使得所有的GPS衛星在任意時刻至少有一個地面跟蹤站對其進行觀測。而此前對GPS進行跟蹤觀測的只有OCS的5個監測站。②對衛星定軌/推估過程中所使用的動力學模型的改進，以及單區（single partition）定軌策略的實行。 

在各機構的努力下，特別是L-AII計劃的實施，廣播星歷的軌道精度有了很大的提高，從長期趨勢中可以看到在三個方向上的偏差的日平均值都接近于0；對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年底幾乎所有衛星的三維偏差的RMS都達到了2m左右。可以期待的是在相關機構的進一步努力下，以及性能更為優異的新衛星的陸續升空，GPS的廣播星歷的軌道精度將會得到更進一步的提高。

GPS廣播星歷誤差對單點定位的影響

在單點定位中,衛星星歷誤差對解箅結果影響較大.普通單點定位及精密單點定位的數學模型,通過廣播星歷及精密星歷數據的解算,分析星歷精度對單點定位的影響.計算結果表明,使用超快星歷代替最終精密進行精密單點定位是可行的.

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、統一的衛星軌道參量和地球自轉模型、統一的數據處理策略，重新處理了IGS全球跟蹤站數據以求解1994—2004年的GPS衛星軌道。通過軌道比較評估了IGS精密星歷的系統偏差和隨機誤差，發現IGS精密星歷標稱精度和實際精度存在差異，特別是早期結果。IGS精密星歷在不同時期存在不同的系統偏差，主要由其在不同時期采用的不同ITRF序列參考框架之間的差異引起，IERS公布的轉換參數不能完全表征ITRF序列間的差異。相對于重解精確軌道，IGS精密星歷隨機誤差隨時間逐漸減小，1994年為15—20cm，1998年逐漸減小到6～8cm，1998年以后小于5cm。

結語：本文通過對一些GPS基本知識的理解和相關文獻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人的觀點，加深了對GPS相關誤差的理解。

參考文獻： 《GPS廣播星歷的軌道誤差分析》李征航、丁文武

           《GPS測量與數據處理》李征航