【文章內(nèi)容簡介】 于固定觀測站的運動，引起了鈴聲傳播速度的變化，因而在測站測定鈴的頻率也有所改變，有上式可得在測站測定鈴聲的頻率為 ()式中 ()信號源運動引起的相對于信號頻率的頻移稱為多普勒頻移，也成為多普勒效應。()和()式是頻率與速度的關(guān)系式。如果我們要利用多普勒效應進行跟蹤，就必須求得，而的求的是以已知的,為前提的，由此可知，多普勒測量基本也就是速度測量。 在多普勒的實驗之后，還發(fā)現(xiàn)多普勒效應在無線電波和光波等連續(xù)輻射波的傳播中同樣存在著。當衛(wèi)星上用固定頻率發(fā)射連續(xù)的無線電波，因為衛(wèi)星作繞地運動，它和地面接收站間有一個相對速度，所以地面站接收到的衛(wèi)星信號，就有頻率的變化，即變化的接收頻率。這種頻率變化的現(xiàn)象，就稱為多普勒效應。 多普勒積分法為了精確地測量多普勒頻率通常在地面接收機內(nèi)增加一個固定的頻率，即本振。將接收到的頻率與本振比較，即混頻，得出差拍頻率，最后用積分的方法導出多普勒頻率或者直接進行定位計算。衛(wèi)星沿其運行軌道，在相等時間段內(nèi)的位置。衛(wèi)星在這些時刻，即在位置時播發(fā)的信號，地面測站M則要在時才能收到。由衛(wèi)星信號的傳播延遲可知，在相鄰兩時刻衛(wèi)星信號之間，地面接收站累計下本振和接收機頻率間差頻的差拍周期數(shù),它通常稱為多普勒計數(shù)。衛(wèi)星觀測量是多普勒計數(shù)N，常數(shù)量是波長和積分間隔,未知數(shù)是頻偏和距離差，而距離差又是測站坐標和衛(wèi)星坐標的函數(shù)。由于要求的未知數(shù)不同，采用的時標和測量多普勒計數(shù)的方法不同，估算的誤差模型不同，以及數(shù)據(jù)處理方法的不同，就構(gòu)成了各種不同的定位方法。所以接收機實測到得多普勒計數(shù)，必須先進行電離層折射改正和對流層折射改正。多普勒積分法給出了地面點到衛(wèi)星兩個位置的距離差，也就是說當衛(wèi)星位置為已知時，地面點就位于以兩個衛(wèi)星位置為焦點的一個旋轉(zhuǎn)曲面上，該雙曲面與地球面相交得出一個曲線.如果在衛(wèi)星位置之間再進行多普勒積分測量，就可以得出第二個距離差公式，以及相應的曲線，此時，地面點M應位于,兩個相交點中的一個交點上。如此再有第三條曲線就可以確定地面點M位置。由此可見，多普勒定位的方法，就是一系列雙曲面的定位方法。他們的交點就是相應于時間的衛(wèi)星位置。觀測量就是多普勒計數(shù)或其相應的衛(wèi)地距離差。 衛(wèi)星多普勒導航計算模型衛(wèi)星多普勒定位計算的模型很多。但是二維定位計算模型是個基本的模型。所以這里首先敘述導航定位的計算模型。它的特點是： (1)定位精度較低，計算模型較簡單，收斂性較好； (2)進行二維定位，即解算的未知量為三個；天線(船位)的緯度、經(jīng)度和頻偏； (3)天線(船位)是運動的。 衛(wèi)星多普勒定位方法衛(wèi)星多普勒定體有三種方法：(1)單點定位法；(2)聯(lián)測定位法；(3)短弧法。(1)單點定位法是一種簡單和廣泛用于作業(yè)的方法。它是在衛(wèi)星星歷無誤差的假定條件下，按單點獨立解算法求定測站位置。當取得精密星歷和只有一臺儀器時，以采用此法為宜。當只有廣播星歷時，此法受星歷誤差影響較大，如果適當延長觀測時間，增加衛(wèi)星觀測的通過次數(shù)，則可有限度地削弱其誤差影響。(2)聯(lián)測定位法是在不同測站上同步跟蹤同一衛(wèi)星通過，以測定兩站間的相對位置。由于星歷誤差和折射誤差在同步跟蹤同一衛(wèi)星通過的兩站間是相關(guān)的，故在只能使用廣播星歷和有兩臺以上儀器時，采用此法能得到較高的精度。(3)短弧法是在不同測站上共同跟蹤同一衛(wèi)星通過，以測定兩站間的相對位置。所謂共同跟蹤同一衛(wèi)星通過，就是在大約30min(約為子午衛(wèi)星周期l06min的28％)內(nèi)，可以有先有后地接收同—衛(wèi)星的多普勒頻移，即在約占28％的一段較短軌道弧上觀測同一衛(wèi)星。當然，短弧法的本質(zhì)在于它不把廣播星歷認為無誤差，而是在數(shù)據(jù)處理中求出每次衛(wèi)星通過的軌道根數(shù)改正數(shù)。近幾年來，這三種方法已取得較多的實測成果，可供使用、分析和參考。更為廣泛深入的試驗尚在進行之中。 衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的建立 采用衛(wèi)星多普勒定位法建立國家和國際大地網(wǎng)已成為主要方法之一，它具有全球性、全天候、速度快、精度高、投資少、重量輕等優(yōu)點，并能迅速提供地心坐標和相對坐標。采用衛(wèi)星多普勒定位法有可能把所有大地網(wǎng)與地心坐標系統(tǒng)以12m的精度聯(lián)系起來。而且，在衛(wèi)星多普勒測站上已經(jīng)應用其它測量技術(shù)，把局部測量數(shù)據(jù)確定在以CIO極和BIH零子午線的多普勒坐標系統(tǒng)和地心坐標系統(tǒng)上。此外，在多普勒站上的甚長基線于涉測量(VLBI)、激光測月(LLR)、衛(wèi)星激光測距(SLR)等，可使長度精度至1：5000 000以上。當然，衛(wèi)星多普勒定位也用于加強大地網(wǎng)，以提高地面測量數(shù)據(jù)的精度。 衛(wèi)星多普勒網(wǎng)的觀測與計算方案，取決于接收機的質(zhì)量和數(shù)量，要求的測站間隔，是優(yōu)先使精度達到最高水平，還是只達到一個既定精度，從而使測量費用和作業(yè)時間減到最少，以及絕對與相對定位精度的各自優(yōu)先性。第四章 衛(wèi)星多普勒定位的數(shù)據(jù)采集與處理 衛(wèi)星的基本信息 地面注入站傳送給衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，是存放在衛(wèi)星存貯系統(tǒng)內(nèi)的，然后按照控制程序用相位調(diào)制在衛(wèi)星工作頻率上播發(fā)出去。這種方法不影響精確的多普勒測量。衛(wèi)星發(fā)射三種信息：(1)供多普勒測量用的兩種相干的穩(wěn)定頻率，即399．968MHz＝400MHz32kHz和149．988MHz＝150MHz12kHz，標稱400MHz和150MHz；(2)衛(wèi)星的軌道參數(shù)；(3)每兩分鐘的時標。衛(wèi)星軌道參數(shù)和時標常統(tǒng)稱為時軌參數(shù)。衛(wèi)星將時軌參數(shù)用相位調(diào)制的方法調(diào)制在工作頻率上，并采用編碼形式。 子午衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀含有157個字的電文。電文最末一個字僅由19比特組成，其余156字均由39個比特組成。因此兩分鐘電文共包含156*39+19＝6103比特。每個比特的周期為120/6103＝19．662ms，標稱20ms。衛(wèi)星電文的格式，衛(wèi)星存貯系統(tǒng)內(nèi)的軌道參數(shù)，根據(jù)預定的程序，每隔2分鐘，被檢測一次，同時播發(fā)一幀電文。這幀電文由每字含39比特的156字和含19比特的終止字組成。因此一幀電文共含6103個比特，在120 s內(nèi)發(fā)出。衛(wèi)星電文中除第l，2和3字用作識別、同步和結(jié)出時標外，其余154個字分為A， B，C三組。A組用于導航定位，B，C組仍用于軍事目的。衛(wèi)星電文譯碼，衛(wèi)星電文A組中每個字都含有39個比特。它們的編碼情況如下：前三個比特不用，后面36個比特每4個比特表示一個十進制數(shù)字。故每個字含有9個十進制數(shù)字。應該指出，子午衛(wèi)星播發(fā)的軌道參數(shù)采用二進制余三代碼(XS3BCD)。通常的子午衛(wèi)星接收機中裝有譯碼器，將二進制余三代碼轉(zhuǎn)換成普通二進制碼或美國信息交換標準碼(ASCⅡ)。這種碼常用于電傳打字機和大部分電子計算機。 固定參數(shù)的譯碼，衛(wèi)星電文A組中的固定參數(shù)表示衛(wèi)星的平均軌道，它在兩次注入時間(1216h)內(nèi)保持不變。所以在該時間段內(nèi)每兩分鐘電文都是重復播發(fā)的?？勺儏?shù)的譯碼衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀電文，其中8個字是衛(wèi)星軌道的可變參數(shù)。它們表示衛(wèi)星運動的實際軌道，也是對平均軌道(固定參數(shù))的修正。每一個可變參數(shù)字也由9位十進制數(shù)字組成。 在衛(wèi)星多普勒大地測量工作中，為安排觀測，刪除不符合條件的衛(wèi)星通過，需要進行導航衛(wèi)星頂報計算。此項計算工作，可以結(jié)合所使用儀器的特點和功能，編制成專用程序，它一般由儀器制造商提供，如MX1502接收機等，也可以使用通用計算機，按自編程序，編制成工作星歷，如CMA722B接收機。由于導航衛(wèi)星的軌道周期較穩(wěn)，并且播發(fā)廣播星歷，提供衛(wèi)星的時軌參數(shù)。所以預報計算是根據(jù)廣播星歷來進行，通常使用三個月內(nèi)的廣播星歷，以保證預報的時刻誤差不大于一分鐘。預報計算的方法很多，常用的有試探法。試探法就是根據(jù)某時段接收到的廣播星歷，計算出需要觀測日期開始時刻的衛(wèi)星坐標，再將此衛(wèi)星坐標與測站概略坐標計算出此時刻的衛(wèi)星高度角，判別它是否在地平面上。然后用增加時間的辦法試探被預報的衛(wèi)星是否再次出現(xiàn)地平面上。如此試探下去，直到需要觀測日期的結(jié)束時刻為止。如果確定衛(wèi)星出現(xiàn)在地平面上時，則再用增加時間的方法計算此次衛(wèi)星通過時的過頂時刻 (最大高度角時刻)和下落時刻，以及通過的方向和方位。這種試探法雖然費時，但比較簡單并可借用導航程序的某些子程序。這里敘述的衛(wèi)星預報計算方法，是以高度角條件和升赤經(jīng)條件作為初選，對某一顆被預報的衛(wèi)星來說，只要簡單的運算就可確定該圈衛(wèi)星是否能被某測站觀測到。然后可以用試探法或者采用多項式擬合求根值和極值的方法，來確定該次衛(wèi)星通過時上升,下落以及過頂?shù)臅r刻，還要確定衛(wèi)星通過的方向和方位。起始數(shù)據(jù)中導航衛(wèi)星每兩分鐘播發(fā)一幀電文，它包含可變參數(shù)8個字和固定參數(shù)17個字兩部分。表示瞬時衛(wèi)星軌道的可變參數(shù)，每兩分鐘改變一次。而表示衛(wèi)星平均軌道的固定參數(shù)，在兩次注