空间信号精度的算法设计与实验分析

导航系统的完好性关系到用户的安全问题,空间信号精度(SISA)是反映卫星导航系统完好性的重要指标之一。针对导航电文中的广播星历和钟差参数信息处理问题,设计了SISA参数计算方法;利用GPS和BDS系统中的实际数据,分析了不同轨道类型卫星SISA参数对空间信号误差的包络特性,并将导航电文中URA参数与SISA参数进行比较,验证了SISA参数计算方法。实验结果表明,SISA能够准确反映广播星历的空间信号精度,并能够对空间信号误差基本实现平均98%的包络能力;目前北斗广播星历中的URA参数不能够精确反映空间信号的精度,不同卫星的空间信号精度相差较大,SISA能够准确反映和包络北斗空间信号误差。     

论卫星照相测量的天文方法

本文应用多变量误差分析理论,研究了天文方法处理卫星底片的协方差表示问题,并进一步讨论了目标和定标星相对位置以及卫星虚拟点在平差段中的位置和精度的关系,推出了定量估计公式。     

基于卡尔曼滤波强干扰和瞬间遮挡目标跟踪方法

针对空间目标与恒星的近距离强干扰和瞬间遮挡干扰,不易精确捕获目标位置的问题。提出用卡尔曼滤波预测目标位置并跟踪目标,跟踪波门用改进自适应的可变波门。同时设计新的强干扰和瞬间遮挡目标的预判和跟踪方法,当预判到此类目标时,将卡尔曼滤波的预测值作为观测值跟踪目标,并用目标预测质心对波门质心进行限定修正,从而捕获有用的观测数据。实验发现,该方法能稳健跟踪强干扰和瞬间遮挡目标,提升空间目标的跟踪精度,降低数据错误率,提高数据质量,为捕获轨道位置提供更多更有用的数据。该方法程序运行速率快,具有一定的适用性和科学价值。     

SBG底片归算及其精度

本文讨论了SBG照相底片归算及定位精度问题。根据文中的计算方法,对两个卫星观测结果进行处理,得到用SBG确定单个卫星位置的精度为1″.1—1″.8。     

一种适用于窄波束雷达捕获空间目标的等仰角搜索方法

点位预报作为引导雷达寻找、捕获、跟踪目标的基础, 受定轨误差及预报误差的影响, 其精度对窄波束雷达存在不足的风险. 由于沿迹误差是影响点位预报精度的主要因素, 基于沿迹误差补偿的思路, 提出了一种适用于窄波束雷达的过境目标等仰角搜索方法, 在预估的沿迹误差范围内对目标一次过境时在指定仰角上可能出现的所有位置做遍历观测, 从而提高雷达捕获空间目标的成功率. 仿真算例表明, 当点位预报失效时, 等仰角搜索方法仍然能观测到目标.     

CCD测角与激光测距技术综合测定空间目标的轨道

空间目标包括在轨卫星、空间碎片等,对其测定轨是空间攻防和空间利用的重要前提。由于地面测站资源有限,单站测量是目前对空间目标尤其是空间碎片测定轨较常用的方式。卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)技术测量精度很高,可达米级(非合作目标),甚至厘米级(合作目标),但不能单独用于单站短弧定轨;电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)天文定位技术可观测距离较远的目标,但测量精度为角秒级,换算至空间距离不如SLR技术高。两者的联合为空间目标的高精度定位和跟踪提供了可能,并成为未来空间目标地基测量的发展方向。作为空间碎片单站监测的前期工作,对合作目标的单站定轨精度进行了评估。处理了1500 km高AJISAI低轨卫星的实测数据,分析了单站CCD测角和激光测距数据对低轨空间目标的联合定轨能力,并充分考虑两类不同类型观测数据的精度,数据综合时对其进行合理加权。利用全球激光站资料进行精密定轨,并以此作为参考轨道,采用上海佘山站AJISAI卫星2010年、2011年4天6圈的实测激光测距数据,以及CCD测角数据,开展了单站单圈和单站多圈定轨和预报试验。试验结果表明,测距数据的加入对定轨精度和24小时预报精度的改善非常明显,可提高至少一个数量级;单站单圈联合定轨和24小时预报的精度分别为20 m以内及数百米,单站多圈联合定轨和24小时预报的精度分别在米级及数十米。期望实验结果为中国未来的空间碎片望远镜建设提供参考。     

人造卫星照相测量数据的统计特性

本文研究照相归算结果的相关性问题:天文照相位置之间的相关性;卫星方向和方向变率之间的相关性;卫星虚拟点之间的相关性。同时讨论了方向变率和方向之差的精度问题,并给出了计算方向变率的一种可能方法。结论是对于天文型照相底片,最合理获取讯息的方法是每张底片归算出一个(α,δ)位置值及其变率(■,■)。     

一种基于相位条纹的高精度码相位测量方法

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机在接收卫星信号后,经过捕获、跟踪,得到码相位与载波相位两个基本测量值,然后通过测量值计算卫星与接收机之间的距离.载波相位测量值比码相位测量值具有更高的测量精度,但由于载波相位测量值具有计算整周模糊度的问题,得到高精度...     

一种适用于大偏心率轨道密集星历精密计算的快速处理方法

空间目标探测和编目是航天器安全的重要课题, 空间目标数量巨大, 造成轨道计算的工作量十分繁重. 分析方法虽然计算速度快, 却不能适应高精度观测资料的处理工作, 因而数值方法将成为目标轨道计算的重要方法. 空间目标编目工作普遍涉及密集星历的产生和计算问题, 针对这一问题的大偏心率轨道数值计算目前尚未形成兼具计算精度和计算效率的有效技术手段, 难以满足编目工作的处理要求. 在此背景下, 提出一种适用于大偏心率轨道密集星历精密计算的快速处理方法, 并通过数值实验对模型参数进行优选, 最后通过计算实例证实了该计算方案的优越性.     

GPS信号信噪比对接收机捕获性能的影响

对于在强卫星信号的干扰下GPS接收机对弱卫星信号的捕获的性能进行了分析。对于强信号对弱信号的干扰进行了推导,讨论了几种能够改善接收机捕获性能的方法,并进行了相应的仿真,仿真的结果表明这几种方法是可行的。     

GDJ打印经纬仪技术改造

本项改造提高了脱靶量的测量精度和减小了轴系的系统偏差 ,从而提高卫星的空间定位精度 ,为空间目标高精度测轨预报和方法研究提供了测量手段     

中高轨卫星广播星历精度分析

GPS广播星历参数具有物理意义明确、参数少、精度高等优点,可以考虑将它应用于其他卫星导航系统。但是GPS系统的卫星构成比较单一,而其他卫星导航系统可能包含中地球轨道 (MEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和地球静止轨道(GEO)等多种不同类型的中高轨卫星。分析了采用GPS广播星历参数时,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,特别讨论了轨道倾角接近于0的GEO卫星的广播星历拟合精度,并给出了相应的改进措施。计算表明,对于 MEO卫星,2 h的广播星历拟合精度(三维位置)可达厘米级;对于IGSO卫星和轨道倾角较大的GEO卫星,4 h的广播星历拟合精度约为0．1 m,径向位置误差在厘米量级;而对于轨道倾角接近于0的GEO卫星,若不采取特殊措施,由于轨道倾角和升交点经度统计相关,其广播星历拟合精度很差,为此提出了一种坐标转换方法。采用此方法后的广播星历拟合精度可达0．1 m,径向位置误差为厘米量级。     

GDJ打印经纬仪技术改造

本项改造提高了脱靶量的测量精度和减小了轴系的系统偏差，从而提高卫星的空间定位精度，为空间目标高精度测轨预报和方法研究了提供了测量手段。     

一种初轨计算的稳健方法

光学测角资料的初轨计算在空间目标搜索发现中具有重要作用,当观测资料存在野值时,基于最小二乘的经典初轨计算方法不够稳健.采用最小一乘方法建立了一种初轨计算的稳健方法,方法将初轨计算问题转换为线性规划问题求解,并通过bootstrap方法给出估计精度.数值计算结果表明方法稳健有效,并具有较高的崩溃点.     

星地无线电双向时间比对模型及试验分析

星地时间同步是卫星导航系统的一个关键技术,是实现卫星导航定位的基础.针对星地时间同步问题,讨论了一种星地无线电双向时间比对方法,详细推导了该方法中星地上下行伪距的归算模型,给出了星地钟差的实用计算模型.该方法通过上下行伪距求差.消除了对流层延迟,卫星星历误差和地面站站址坐标误差等共有误差影响,与信号频率有关的电离层延迟也被很大程度地削弱,从而大大提高了时间比对精度.最后,利用实测数据进行了试验分析,结果表明:星地无线电双向时间比对精度能够达到约0.34ns,验证了理论方法和模型的正确性.     

危险目标再入跟踪预报研究

本文讨论了危险目标再入的有关问题,通过２２８７０和２５１００两个卫星陨落期预报的实践,我们形成了一种计算卫星落点的方法,方法的基本要点是：１算准卫星的面质比;２在１８０公里以下,考虑阻尼系数随高度（大气密度）的变化;３在计算落点时,使用两组根数,调整面质比使两组根数计算的落点基本相同,并验证面质比调整的合理性;４对于ＭＳＩＳ－１９９０模式,我们发现调整后的面质比要比理论的面质比大１．０９倍,也许这     

卫星与空间碎片碰撞预警的快速算法

提出了一种空间目标与空间碎片碰撞预警的快速计算方法，该算法不仅计算速度快，而且减缓了沿迹误差的影响，延长了预警的有效期，利用该方法，检测一个卫星与5800个空间碎片在一天内是否碰撞，计算时间小于3秒；用2天前的资料，预报计算法国CERISE卫星和空间碎片的碰撞时间误差约为0．02秒，空间位置误差约为500—600米．     

高轨空间碎片的观测模拟

对高轨空间碎片进行了观测模拟。在观测模拟中，分别选取南京和云南两个观测站；采用2种跟踪方式：跟踪恒星和跟踪卫星；对于同一地理经度上的同步卫星进行了观测；提供了发现新目标的方法；并给出了新目标的初轨。这为我国空间碎片的数据库的建立作了有益的尝试，对于卫星和航天器的飞行安全具有特别重要的意义。     

小倾角LEO多星天基平台光学跟踪GEO精密定轨

针对地基卫星测控系统(Tracking Telemetry and Command, TT&C)系统对地球静止轨道(Geostation-\lk ary Earth Orbit, GEO)卫星在空间和时间覆盖上的局限性, 提出小倾角低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)多星组网天基平台对GEO卫星进行跟踪定轨的方法. 根据空间环境和光学可视条件对仿真数据进行筛选以模拟真实的观测场景, 利用光学测角数据, 使用数值方法对GEO卫星的轨道进行确定. 结果与参考轨道进行重叠对比, 在平台轨道精度5 m、测量精度5rq\rq、 定轨弧长12 h的情况下, 两颗LEO卫星对GEO卫星进行跟踪定轨的精度可达到千米量级, 4颗LEO卫星对GEO目标进行跟踪定轨的精度可达到百米量级. 随着LEO组网卫星数量的增加, 定轨精度得到了较大的提高.     

半分析方法在地球卫星100yr尺度长期预报中的性能评估

为了能够充分掌握空间目标的长期演化规律和分布情况,对它们的轨道进行长期预报是一种常用的方法.相比于几天的短期预报,长期预报更加关心计算速度以及几个主要轨道根数的精度.这里的主要根数指的是决定轨道形状的半长径a和偏心率e以及决定轨道空间指向的轨道倾角i和升交点经度?.考虑到以上这些需求,半分析方法是一种十分合适的预报手段.它首先在一个轨道周期内消除短周期项,而后用数值方法计算剩下的平均系统.虽然半分析法不是一种新方法,但几乎找不到定量评估其性能的文献.定量给出了半分析法在常用地球卫星轨道中的精度和速度,通过这些结果可以帮助了解半分析法在长期预报中的适用性.对于半分析法在一些特殊算例中的异常表现,也讨论了原因和可能的解决方法.在半分析的实现方法和精度选择上,均采用了比较通用的方法,希望结果可以为相关半分析工作提供有价值的参考.