卫星大地测量区域网定轨精度的分析

本通过卫星激光测距全球网和区域网（北美网和欧洲网）定轨结果的比较，分析了区域网定轨所能达到的精度。结论是区域网所测定的轨道可替代全球网轨道，满足区域性大地测量和地壳运动研究的需要。     

Geosat卫星定轨中的大气阻力摄动

在利用卫星测高资料定轨的过程中，大气阻力摄动的影响较大。本文在比较几种常用大气密度模型误差对定轨影响的基础上，将密度改正公式引入到Geosat卫星的精密定轨中。结果显示，该公式可以有效地提高卫星的径向定轨精度。     

1992年LAGEOS卫星全球SLR标准点资料的分析

本文利用1992年LAGEOS卫星全球SLR标准点资料对该卫星进行精密定轨，求得残差均方值均小于8cm；在残差分析中，发现目前的SLR标准点资料中含有野值，而且，一些资料有很大的系统偏离。这种情况会对LAGEOS卫星精密定轨和精确的卫星大地测量产生不利影响。第三代SLR系统的测距精度虽然已达厘米级甚至更高，但是，由于以上情况的存在，厘米级的测距精度就有些问题。因此，对第三代SLR系统获得的观测资料必须进行野值剔除，剔除标准一般取为中误差的3倍；对系统偏离大的通过也必须剔除，剔除标准可以宇为每站历年^/bi和^τi的均方值的3倍，因系统偏离可以由^/bi和^τi反映出来。此外本文对距离偏差和时间偏差（以后简称时距偏差）的确切含义进行了讨论。     

两行根数辅助的SLR单站定轨

单站测距资料定轨的困难限制了漫反射SLR(Satellite Laser Ranging)测距资料的应用.为此,提出利用两行根数模拟多站SLR测距资料作为辅助,实现单站SLR测距资料定轨的方法.该方法对卫星Ajisai单站SLR测距资料定轨并生成5 d预报轨道,误差小于40 m,实现利用单站测距资料的轨道改进,验证了方法的可行性.     

我国局部网对近地测地卫星定轨精度的估计

本文利用模拟观测资料，估计了中国卫星跟踪网对近地测地卫星定轨和测定一些跟踪站地心坐标所能达到的精度。同时分析了近地卫星定轨的主要误差源，如大气模型、地球引力场模型的不确定性和跟踪网站坐标的误差等所产生的影响。     

地球定向参数预报误差及其对北斗三号卫星定轨精度的影响

地球定向参数(Earth orientation parameters, EOP)是地球参考系到地心天球参考系之间转换的桥梁,是卫星精密定轨过程中不可缺少的重要参数。以国际地球自转服务(International Earth Rotation Service, IERS)和中国科学院上海天文台(Shanghai Astronomical Observatory,SHAO)提供的EOP参数为例,分析了北斗三号仅区域网观测模式和星地星间联合观测模式下的定轨精度与EOP预报误差间的关系。研究表明,对于IERS提供的产品,其预报误差对仅区域站定轨模式的定轨精度影响较小,但是其10 d内的预报误差对星地星间联合定轨模式定轨精度的影响可达到分米级。对于SHAO提供的产品,两种定轨模式的定轨精度均随着EOP预报天数的增大而逐渐衰减。除此之外,不同产品的星地星间联合定轨模式下定轨精度均小于仅区域网监测下的定轨模式下的定轨精度,表明星间链路的加入可以降低卫星定轨对EOP预报误差的依赖。该研究对区域观测条件下的卫星精密定轨工程实现具有重要意义。     

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。     

区域导航卫星精密定轨研究

区域卫星导航系统采用混合星座设计,GEO(地球同步轨道)卫星是系统的重要组成部分,其精密定轨技术也是导航系统的关键技术之一。GEO卫星的高轨特性致使地面跟踪基线长度有限,定轨几何条件不佳;其静地特性致使卫星轨道与钟差存在强相关特性,对于基于伪距的GEO卫星定轨模式,需要星地与站间时间同步技术的支持。因此,如何利用区域卫星导航系统的多种测量技术实现多模式、多层次的导航卫星精密定轨,是一项值得深入研究的课题。     

1.2m地平式望远镜指向模型的研究-测角编码器小周期模型的建立

介绍了1．2m地平式望远镜利用天文观测和图像采集处理的方法，通过建立测角编码器小周期模型，解决了数显部分的细分误差，提高了指向精度，对于空间目标高精度测轨、定轨及激光卫星的盲跟踪测距都是十分重要的。     

我国低轨道卫星定轨精度分析

针对高度在250－350km的三颗低轨道卫星,根据我国现有的卫星跟踪网和跟踪技术（雷达测距和多普勒测速）等观测条件,利用模拟方法估计和分析了各种误差源对定轨精度的影响,并对能达到的定轨精度进行了恰如其分的估计。     

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．     

用非差分方法确定单颗导航卫星的轨道

在导航系统中有时需要对单颗导航卫星进行定轨.此时由于无法组成常用的同历元单差或双差以消除卫星钟差或接收机钟差,有必要发展新的定轨策略和精度分析.该文以GPS为例,讨论在不依赖于星站间时间同步的情况下,对单颗导航卫星进行精密定轨.首先分析了GPS卫星钟差以及GPS接收机钟差的特性,发现在一定间隔内钟差主要表现为线性变化,而在去除这一线性项后,非线性钟差在3 m以内.利用GPS的伪距对单颗卫星定轨,在将钟差的主要部分作为测距的偏差和偏差变化率后,伪距测量量等价于常见的测距测量量.在利用等价的测距测量量定轨时可同时解算出偏差和偏差变化率参数.为验证该方案的可行性及其定轨精度,利用实测GPS观测数据进行了试验.结果表明,此种定轨方案定轨的径向精度优于4 m.考虑到GPS接收机的频率信号是由普通的晶振产生的,如果地面接收机采用原子钟提供的频率标准,其钟差的非线性部分将更小.模拟计算表明,采用本方案可以期望得到更高的定轨精度.     

差分VLBI技术在采样返回任务中的应用

针对采样返回任务中多探测器精密短弧定轨问题,研究了甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术在两探测器间的交替观测模式、2π模糊度解算方法和数据差分处理方法,给出了星载信标的设计原则和方案。利用日本SELENE探月卫星的两个小卫星R-star和V-star的同波束VLBI相关相位生成了交替VLBI相位观测量,对其进行了差分处理求解差分时延,然后利用差分时延和测速测距数据进行定轨计算。对差分时延的分析表明,交替VLBI差分群时延RMS值为46 mm,测量精度与同波束VLBI差分群时延相当;交替VLBI差分相时延RMS值为1.6 mm,测量精度与同波束VLBI差分相时延相当。定轨结果表明,交替VLBI在进行多探测器的短弧定轨时能达到同波束VLBI相当的精度。     

开展人造卫星的严格同步激光测距的建议

鉴于目前最高水平的人卫激光测距仪已能达到1厘米的单次测量精度，如何在测站基线测量等应用方面充分发挥其潜力？本建议开展人卫的严格同步激光测距，要求各测站的激光发射时刻严格地由计算机控制，使得各站的激光脉冲在特定时刻（如整秒或十分之一秒）尽可能同步达到卫星。目前广泛使用的主被动锁模激光器，同步时刻误差可达到10微秒（均方差）。本方法获得的全部观测资料除了适用于普遍应用的动力解之外，还有可能得到严格的几何解，而不必采用数学平滑和内插技术，因而在测定远距离站间基线方面将有希望达到5毫米精度。     

两种观测技术综合精密定轨的探讨

利用T／P卫星的SLR和DORIS实测资料,对两种观测技术综合精密定轨中的加权及其对定轨影响的问题作了初步的探讨。根据所提出的一种经验性的加权方法进行了综合定轨计算,结果表明：对于两种不同技术的观测,相对权选取的恰当与否将影响综合定轨的精度;综合定轨的最优加权不仅依赖于观测资料的精度,还与观测资料的多少和几何分布有关;通过选用最优加权,可使得综合轨的精度优于仅用其中一种技术的定轨精度,综合定轨能有效地提高定轨精度。     

上海天文台VLBI，SLR和GPS站的归心结果与分析

本文重新处理了最近几年来利用GPS技术测定上海天文台GPS站坐标的资料，给出了GPS站相对于VLBI，SLR站的基线矢量，并与利用常规方法归心的最新结果进行了比较和,是到了IGS‘92联测中上海天文台GPS技术解算的SH01站坐标，与VLBI技术解算的结果比较，两者相差小于2.6cm，同时得到GPS技术归心的符精度好于1cm。     

北斗卫星单系统精密定轨方法对比分析

提出了联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗卫星双差动力法精密定轨,给出了北斗卫星非差动力法和双差动力法精密定轨的数据处理流程,分析了两种方法的异同.结合实测数据,对比了两种方法的实际定轨效果,结果表明:一定测站布局下,利用两种方法,GEO(Geostationary Earth Orbit Satellite)卫星3维精密定轨精度均能达到1 m左右量级,IGSO(Inclined Geosynchronous Earth Orbit Satellite)和MEO(Medium Earth Orbit Satellite)卫星优于0.5 m,3类卫星的径向定轨精度均优于10 cm.较之非差动力法,双差动力法对GEO卫星精密定轨精度具有一定的改善作用,两者在IGSO卫星精密定轨上效果基本相当,但在MEO卫星定轨上,非差动力法结果更优.     

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.     

电离层延时对低轨卫星频率传递的影响分析

利用低轨卫星,对受干扰区域的卫星导航接收机进行频率传递,是提升其性能的一种有效手段.而电离层延时误差是影响传递效果的重要因素.对基于低轨卫星的频率传递应用背景进行了介绍,分析了其基本原理,并着重分析了电离层延时的存在对频率传递的影响,提出利用站间差历元差的方法对电离层延时进行修正.最后,通过仿真对理论分析进行了验证.结果表明,通过站间差历元差的手段,对当前电离层变化值进行求解与预测,可以将电离层延时误差的变化控制在一定范围,满足频率传递的要求.