随着低轨卫星在对地观测、导航增强及自主运行等领域的广泛应用，星上实时轨道信息的精度与连续性已成为保障载荷任务执行和卫星自主运行的重要基础。相比依赖地面精密星历与钟差产品的定轨方式，利用星载全球导航卫星系统（GNSS）观测和广播星历开展实时定轨，无需持续接收外部精密改正信息，具有信息来源直接、全球可用性较好和便于工程实现等优势。早期广播星历实时定轨主要达到米级精度，随着GNSS星座性能改善以及载波相位观测与随机模型的引入，定轨精度逐步提高至分米级。然而，广播星历轨道及钟差误差仍会限制载波相位信息的充分利用；同时，不同低轨卫星的轨道高度、接收机配置和可观测GNSS星座存在明显差异，有必要通过多平台实测数据系统评估广播星历实时定轨的精度及适用性。
针对上述问题，本文研究面向星载GNSS的低轨卫星广播星历实时滤波定轨方法。利用星载接收机获取的双频GNSS伪距和载波相位观测构建无电离层组合观测方程，由广播导航电文计算导航卫星位置及钟差，并在卡尔曼滤波框架下估计低轨卫星位置、接收机钟差和载波相位相关参数。考虑到广播星历误差具有随时间变化的特征，将载波相位模糊度及难以分离的视线方向星历残余误差统一吸收到伪模糊度参数中，并将其建模为随机游走过程，使滤波器能够随历元递推吸收缓慢变化的模型误差，减弱广播星历误差对定轨结果的系统性影响。相较于将载波相位模糊度视为历元间常数的处理方式，伪模糊度随机游走能够在利用载波相位高精度观测信息的同时，为时变星历误差提供适度的吸收能力，从而兼顾定轨精度与滤波稳定性。该方法仅使用广播星历和星载GNSS观测，不依赖外部实时精密改正服务。
为验证所采用方法在不同卫星平台上的适用性，选取GRCC、GRCD、SWMA、SWMB、SWMC、SN3A、SN3B、LT1A和SN6A共9颗低轨卫星的实测GNSS数据开展实验，轨道高度覆盖约460～1336 km。其中，GRCC、GRCD、三颗Swarm卫星及SN3A、SN3B采用GPS观测，LT1A采用GPS+BDS观测，SN6A采用GPS+Galileo观测。各卫星均在广播星历条件下进行实时滤波定轨，并以相应的事后精密轨道为参考，将位置误差投影至径向、切向和法向，统计各分量及三维位置的均方根误差（RMS），各测试卫星的轨道高度、观测系统及实时定轨精度统计结果如表1所示。
表 1 低轨卫星广播星历实时定轨位置误差RMS统计

测试卫星	轨道高度（km）	观测系统	定轨精度（cm）
			径向	切向	法向	三维
GRCC	490	GPS	14.78	25.66	8.94	31.09
GRCD	490	GPS	15.17	24.91	9.29	30.74
SWMA	460	GPS	20.35	25.26	10.30	34.21
SWMB	510	GPS	15.74	24.37	9.89	30.81
SWMC	460	GPS	20.27	25.16	10.75	34.25
SN3A	815	GPS	7.33	19.72	8.06	22.69
SN3B	815	GPS	7.46	19.92	7.94	22.85
LT1A	607	GPS+BDS	5.55	9.20	6.19	12.45
SN6A	1336	GPS+GAL	3.11	6.95	3.41	8.41

由表1可知，采用广播星历和伪模糊度随机游走策略，9颗低轨卫星均获得了分米级或更优的三维定轨精度。其中，采用GPS单系统观测的7颗卫星，三维位置RMS分布在22.69～34.25 cm。GRCC与GRCD分别为31.09 cm和30.74 cm，三颗Swarm卫星为30.81～34.25 cm，SN3A与SN3B分别为22.69 cm和22.85 cm。相比之下，采用双系统观测的LT1A和SN6A分别达到12.45 cm与8.41 cm，其中SN6A在GPS+Galileo广播星历条件下实现了优于10 cm的三维位置精度。从各方向误差分布来看，测试卫星的切向误差均大于径向和法向误差。以SN6A为例，其径向、切向和法向RMS分别为3.11、6.95和3.41 cm，表明切向误差仍是影响三维定轨精度的主要分量。为进一步直观展示不同卫星平台及GNSS观测配置下的定轨性能，图1给出了9颗低轨卫星的三维位置RMS对比结果。

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