基于自适应稳健最小p范数估计的轨道确定方法研究

当测轨数据误差不服从正态分布时,传统的最小二乘(LSE)轨道确定方法将不是最优的.为了获得高精度的定轨结果,一种可行的策略是采用基于最小p范数(Lp)的轨道确定方法.通过分析Lp估计的相关性质,得出普通Lp估计不具有良好的抗差性的结论.为抑制模型误差和异常值的影响,提出了基于数据深度加权的稳健最小p范数估计方法,并证明了相关性质,得出了其崩溃点可以达到1/2的结论.最后,通过残差分析和矩估计法自适应估计相关参数,使得估计达到最大效率.以天基空间目标监视系统为背景进行了仿真试验.结果表明,当观测数据存在系统误差或异常值时,或者当目标动力学模型存在误差或者天基观测平台存在系统误差时,即使观测数据服从正态分布,LSE也不是最优的,在这种意义下自适应稳健Lp估计轨道确定方法比传统轨道确定方法更加稳健,定轨精度也更高.     

数据深度加权半参数估计法在方差分量估计中的应用研究

针对天地基联合测控中多源异质数据存在多耦合性系统模型误差和粗差的情况,提出了基于数据深度加权半参数估计的方差分量估计法.利用半参数估计法补偿不确定性模型误差,同时构建数据深度权抑制粗差的影响,使半参数估计不受粗差的影响,为方差分量估计提供合理的权矩阵,使得方差分量估计能对存在不确定性模型误差和粗差的结构定权.进行了天地基对空间目标的联合测控仿真试验.结果表明,改进的方差分量估计法能有效补偿不确定性模型误差并抑制粗差的影响,确定更加合理的权值.     

双星定位系统的近地卫星联合定轨同质异质观测数据加权方法及应用

针对双星定位系统的近地卫星联合定轨中的多源观测数据的融合处理问题,建立了同质观测数据的二步系统误差修正的改进的方差分量估计最优加权方法;分析指出异质观测数据的多源融合测量模型本质为多结构多参数的非线性回归模型,建立了异质观测数据的模型结构特征分析和方差分量估计相结合的最优加权方法.设计了两类观测数据最优加权及联合定轨参数估计的实现算法,并以双星及备份星的距离和同质观测数据以及双星距离和与星敏感器测角的异质观测数据为例,进行了联合定轨仿真实验.理论分析和仿真计算结果表明;对于同质观测数据联合定轨,采用二步系统误差修正的方差分量估计法,可以获得比传统的经验加权算法更优的定轨精度;对于异质观测数据联合定轨,通过引入表征模型结构特征的加权因子,与平均加权方式相比,近地卫星及静地卫星的联合定轨精度均得到一定程度的改善.     

双行根数编目体系轨道误差研究

大量空间目标的真实轨道无法精确知道,目前只能通过跟踪观测的数据进行定轨来得到估计轨道,而估计的轨道就会有误差.双行根数(TLE)是广泛使用的一种特殊编目轨道根数,其配套的轨道模型为Simplified General Perturbations 4(SGP4)/Simplified Deep-space Perturbations 4(SDP4)模型.编目轨道的精度主要依赖于相应的观测模型和动力学模型,这些模型一般都不会非常准确,往往会有误差,有些误差可能直接导致编目定轨结果在局部为有偏估计.通过理论研究和仿真模拟,分析了动力学模型中地球非球形引力位田谐摄动项对编目轨道精度的影响,发现TLE编目轨道中存在随时间周期变化的系统差,该系统误差甚至可以达到千米量级.几何构型较好的测站分布在一定程度上可以削弱编目定轨中产生的系统误差,由于力学模型的限制,无法彻底消除.     

GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响

目前,越来越多的低轨卫星上都搭载了用于精密定轨的星载GPs接收机,星载GPS已成为低轨卫星精密定轨的主要手段之一.星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度.基于SHORDE-Ⅲ非差动力学定轨功能,以2005年8月1日至8月7日一周的GRACE卫星实测数据为例,采用事后精密轨道(igs)、快速轨道(igr)和超快速轨道(igu)三种GPS星历在同等条件下定轨,估计GPS星历精度对低轨卫星定轨精度的影响,实际计算结果表明igs和igr两类GPS星历定轨精度相当,约为9.5 cm,igu星历定轨精度略低于igs和igr星历,约为10.5cm:高频GPS卫星钟差数据对定轨精度会产生1-6cm影响.     

电子篱笆稀疏资料定轨方法研究

基于Lambert方程和空间几何知识,给出了适用于空间监视电子篱笆设备稀疏观测资料轨道确定的方法.通过对大量目标的模拟试验表明,该方法确定的初始轨道能使轨道改进收敛,定轨精度优于100米,证明该方法适用于电子篱笆对绝大部分空间目标观测数据的轨道确定.最后讨论了篱笆布站纬度对定轨应用的影响.     

SGP4/SDP4模型精度分析

本文基于最新发布的SGP4/SDP4(Simplified General Perturbation Version 4/Simplified Deep-space Perturbation Version 4)模型设计了一套定轨方案,从空间目标库中挑选出不同类型和轨道参数的1120个目标进行计算,定量给出了SGP4/SDP4模型处理不同类型空间目标的定轨预报精度.结果表明:近地目标定轨精度为百米量级;半同步和同步轨道定轨精度平均为0.7和1.9km.椭圆轨道目标的定轨精度与偏心率有关,除少数e>0.8的椭圆轨道目标,绝大多数椭圆轨道目标定轨误差均小于10km.用SGP4/SDP4模型对近地目标预报3天,半同步轨道预报30天,同步轨道预报15天,椭圆轨道预报1天,预报误差一般不超过40km.     

星载测高仪交叉点数据定轨研究

从海洋测高卫星的发展状况入手,介绍了用测高仪数据进行定轨的意义.然后,分析了测高仪数据的误差修正模型及交叉点数据计算方法,详细介绍了JASON-1测高数据文件中所涉及的误差修正量和采用的模型.最后,通过仿真数据和实测数据的计算,分析了单用测高仪数据和交叉点数据进行轨道确定所能达到的精度,为未来的实际应用提供了有价值的参考.     

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.     

利用VLBI数据确定"探测一号"卫星的轨道

双星计划的“探测一号”是中国首颗真正严格意义上的科学实验卫星,其运行轨道为中国迄今所发射的卫星中距地球最远,远地点地心距达7．8万公里．采用射电天文的VLBI技术可以对“探测一号”以及更远的深空目标,如探月飞行器实现跟踪．为了验证VLBI技术在我国探月计划中的作用,上海天文台组织了国内目前仅有的上海、乌鲁木齐和昆明3个台站对“探测一号”进行试跟踪,利用对“探测一号”约两天的VLBI观测数据,确定“探测一号”卫星的轨道,对VLBI的定轨能力做初步的探讨．按照测控部门提供的初轨 (其精度仅保证跟踪)推算的轨道与VLBI时延的拟合误差平均约2 km,时延率的拟合误差平均约15 cm／s．而利用VLBI数据定轨后的拟合程度相对于初轨有了很大的改善,结果表明,单独利用VLBI时延定轨,时延的拟合精度约5．5 m,作为外部检核的VLBI时延率的拟合精度在2 cm／s左右．单独利用VLBI时延率定轨,时延率的拟合精度约为1．3 cm／s,作为外部检核的VLBI时延的拟合精度约为29 m．而若将时延和时延率数据联合定轨,采用其内符精度加权,VLBI时延和时延率的残差分别为5．5 m和 2 cm／s．为了合理地评估VLBI定轨的真实精度,利用模拟数据进行误差协方差分析,结果表明VLBI定轨精度受动力学模型误差的影响较大,由于"探测一号”卫星的动力学模型难以精确确定,所以利用两天弧段的VLBI数据确定“探测一号”卫星轨道的位置误差为km量级,而速度误差可达cm／s量级．模拟计算还表明, VLBI和USB数据联合定轨可以大大提高定轨精度．