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.     

探测双星轨道演变及定轨精度分析

探测双星是中国目前在轨运行的大椭圆轨道卫星.自发射以来,双星轨道不断演变,对定轨和预报精度产生了一定影响.定性定量地分析了探测双星的轨道演变规律.在当前的跟踪模式下,根据轨道演变的不同阶段分析了相应的定轨预报精度,从而为卫星应用部门调整计划模式,确保卫星有效载荷正常提供依据.最后,通过轨道演变的趋势预测了双星的轨道寿命.     

双星定位系统中的几何方法定轨

主要介绍了对一种特殊观测类型（双星定位系统中）的几何定轨方法,该方法将观测中遇到的超越方程组简化成一个线性方程组和一个一元二次方程,然后进行解算,通过一个模拟的双星系统和一组模拟的观测值进行试算的结果表明,如果无测量误差时,对该系统用几何方法定轨的精度可以好于2m,但是当该系统的几何图形较差时,几何定轨方法对测量误差较为敏感,若测量的随机误差为10m,则定轨坐标分量的误差最大可达到400m。这时可利用三阶契比雪夫多项式平滑的方法削弱随拳影响,将几何方法定轨的精度提高到40m。     

关于星—星跟踪与地面跟踪的联合定轨问题

关于航天器测轨问题,由天基网部分地代替地基网是目前航天测控的一个发展趋势,现已实现的利用全球导航系统（ＧＰＳ）和跟踪与数据中继卫星系统（ＴＤＲＳＳ）对低轨用户星的测轨手段就是如此。本文将阐述另一种类型的测轨模型和具体定轨方法,即一个中低轨卫星星座中的卫星与地面站的组合对星座中其它卫星进行定轨。     

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.     

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。     

星载GPS低轨卫星运动学定轨及研究进展

重点论述了星载GPS低轨卫星运动学定轨的基本原理和方法,指出了各种运动学定轨法的优点和不足,分析了各种运动学定轨法解算的特点,并给出了相应的处理策略,同时着重介绍了星载GPS低轨卫星运动学定轨及相关研究的进展。     

星载GPS精密测轨研究及应用

星载ＧＰＳ定轨系统由于其全天侯、价格低、不受卫星高度的影响可达到米级、分米级乃至厘米级的测轨精度等特点已成为低轨道卫星精密定轨的要求,概述了星载ＧＰＳ系统的组成和定轨原理,给出了星载ＧＰＳ测轨的几种主要方法和数学模型,同时根据ＴＯＰＥＸ卫星星载ＧＰＳ实测数据分析了各种定轨方法的测轨精度以及影响定轨精度的各种因素。     

CAPS昆明测定轨站

基于卫星双向时间频率传递技术的转发式卫星测定轨技术,可精确地测定地面站到卫星间的距离,并能实现各站间高精度时间同步。中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)按国内最佳布局建立了VSAT(小口径终端)转发式卫星地面测定轨网,昆明卫星地面站是中国区域定位系统卫星测定轨网的重要组成部分之一。昆明卫星地面站的仪器频率全部由高精度原子钟提供,仪器参数可以设定,仪器时延能够实时精确地测定,是一个全自动的转发式卫星地面站,为中国区域定位系统高精度卫星测定轨提供有力支撑。     

区域网GPS卫星独立定轨的研究

根据我国广域差分GPS系统对GPS卫星定轨的要求,通过对国内GPS跟踪网实测数据的处理,分析和讨论了区域网定轨的数据处理方法和可能达到的定轨精度。为了提高所定轨道的稳定性和先进实时预报的精度,通过对所定轨道的误差分析提出在轨道沿迹方向引入经验加速度计算方案。计算结果表明,采用此方法后GPS卫星的定轨精度有了显提高。既论证了利用我国区域GPS网和广播星历进行独立定轨的可行性,也阐述了提高轨道预报精度的方法。     

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.     

Geostationary Satellite Orbit Determination by LEO Networks with Small Inclination

In view of the limitation of ground-based Tracking Telemetry and Command (TT&C) system in covering the geostationary satellite in space and time, the method of determining the orbit of the geostationary satellite by the LEO (Low Earth Orbit) multi-satellites network with small orbit inclination was proposed. According to the space environment and optical viewing conditions, the simulation data were screened to simulate the real observation scene. The precise orbit determination (POD) of geostationary satellite was calculated by using the optical angle measurement data and the numerical method. By comparing with the reference orbit, under the condition of platform’s orbit accuracy of 5 m, measurement accuracy of 5-arcsecond, and 12 hours of observation, the POD accuracy of geostationary satellite by two LEO satellites can reach the order of kilometers, while the POD accuracy by four LEO satellites can reach the order of 100 meters. Therefore, the POD accuracy has been greatly improved with the increase of the number of LEO satellites.     

卫星星座时间同步中星间链路的设计和性能分析

在卫星星座内的时间同步中,为满足时间同步信号的传输要求,需要对星间链路进行分析和设计。对星间链路各参数之间的关系进行了分析,并对低地球轨道(LEO)卫星和中地球轨道(MEO)卫星的星间链路参数和性能分别进行了计算和分析。另外,还对受天线指向误差影响的LEO卫星和MEO卫星的星间链路性能进行了分析。在分析计算的基础上完成了符合要求的星间链路的参数设计。     

Spacecraft Orbit Determination with The B-spline Approximation Method

It is known that the dynamical orbit determination is the most common way to get the precise orbits of spacecraft. However, it is hard to build up the precise dynamical model of spacecraft sometimes. In order to solve this problem, the technique of the orbit determination with the B-spline approximation method based on the theory of function approximation is presented in this article. In order to verify the effectiveness of this method, simulative orbit determinations in the cases of LEO (Low Earth Orbit), MEO (Medium Earth Orbit), and HEO (Highly Eccentric Orbit) satellites are performed, and it is shown that this method has a reliable accuracy and stable solution. The approach can be performed in both the conventional celestial coordinate system and the conventional terrestrial coordinate system. The spacecraft's position and velocity can be calculated directly with the B-spline approximation method, it needs not to integrate the dynamical equations, nor to calculate the state transfer matrix, thus the burden of calculations in the orbit determination is reduced substantially relative to the dynamical orbit determination method. The technique not only has a certain theoretical significance, but also can serve as a conventional algorithm in the spacecraft orbit determination.     

Evaluation of LEO based GPS slant TEC using a simulation technique

With the increased number of low Earth orbit (LEO) satellites equipped with Global Positioning System (GPS) receiver, the LEO based GPS slant total electron content (STEC) data play a more important role in ionospheric research due to better global coverage. The accuracy of LEO TEC is hardly evaluated by comparison with the independent TEC measurement simultaneously. We propose an approach based on the simulated data to verify the accuracy of TEC determination. The simulated data (i.e., the pseudorange and carrier phase observations) was generated based on the consideration of the effect of the ionosphere, the so-called differential code bias (DCB) and observational noise. The errors of carrier phase to code leveling process and DCB estimation are analyzed quantitatively. Also, the effect of observational noise, solar activity and LEO orbit altitude on the accuracy of TEC determination will be discussed in detail. The accuracy of TEC determination is relative to solar activity and LEO orbit altitude, the higher LEO orbit and lower F10.7 index, the higher accuracy of TEC determination. It is found by the first time that, with the amplification of the pseudorange noise, the accuracy of leveling process and TEC determination declines almost linearly. With the LEO missions in the near future, it is hoped that the GPS satellite DCBs estimated based on LEO observations would be better than those based on ground-based observations.     

利用3次方位观测天基初轨确定新方法

提出了一种适用于天基空间目标光学观测的初始轨道确定新方法. 通过对比地基和天基观测的几何构型, 分析了利用天基光学观测数据进行初轨确定时计算收敛到观测平台自身轨道的原因. 基于轨道半通径方程和改进Gauss方程, 推导出了斜距条件方程组的解析形式, 将天基光学观测的初轨确定问题转换为求解关于观测时刻斜距变量的非线性条件方程组的问题. 利用轨道能量约束减小了解的搜索区域, 消除了方程组的奇点. 最后利用天基实测数据验证并分析了非线性条件方程组根的性质, 利用低轨光学观测平台对低、中、高轨和大椭圆轨道空间目标的仿真观测数据验证了方法的有效性.     

北斗三号卫星精密定轨中的光压模型研究

对于在轨运行的BDS (BeiDou Navigation Satellite System)卫星, 太阳光压是作用在卫星上主要的非引力摄动. 受多种因素的影响, 太阳光压摄动力难以精确建模, 是BDS卫星精密定轨和轨道预报过程中重要的误差来源. 由于ECOMC (Empirical CODE Orbit Model 1 and 2 Combined)模型兼顾了ECOM1 (Empirical CODE Orbit Model 1)和ECOM2 (Empirical CODE Orbit Model 2)模型的特点, 在模型中引入了较多的待估参数, 使得参数之间存在强相关性. 针对ECOMC模型的这一缺陷, 文中收集了2019年1月至2022年4月武汉大学分析中心提供的BDS-3卫星精密星历, 采用动力学轨道拟合方法得到了ECOMC模型的13个光压参数. 通过对该模型的光压参数进行时间序列分析, 分别给出了BDS-3 IGSO (Inclined Geosynchronous Orbit)和MEO (Medium Earth Orbit)卫星光压模型的参数选择策略. 并利用轨道拟合和轨道预报试验, 验证了光压模型参数选择策略的合理性. 结果表明, 采用改进型ECOMC模型进行BDS-3 IGSO和MEO卫星轨道拟合的效果最佳, 同时, 也能够提升BDS-3 IGSO和MEO卫星中长期轨道预报的精度.     

基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

运动学定轨是星载GPS特有的定轨方法,该方法不依赖于任何力学模型(地球重力场、大气阻力及太阳辐射压等),尤其适用于受大气阻力影响严重的低轨卫星定轨.基于双频星载GPS数据,研究了运动学定轨原理,讨论了数据预处理方法,建立了一套非差运动学定轨算法.并以GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)-A、B卫星2008年2月实测数据作为试算验证了本研究方法的有效性和可靠性.GRACE 卫星实测数据计算结果表明:运动学定轨能达到5 cm精度(相对于SLR (Satellite Laser Ranging)),与动力学和简化动力学定轨精度相当.     

GPS掩星技术低轨卫星计划的现状及进展

主要介绍了几个国际上已经实施的GPS掩星计划（GPS／MET，Φrsted,Sunsat,SAC-C,CHAMP)和在研的（COSMIC，ACE）低轨卫星计划的现状及取得的进展。通过总结可知，下一代GPS掩星接收器应具有体积小、质量轻（几百克）、低功耗的特点；能提供实时的卫星物理状态参数；飞行器上的自主计算和控制；星上数据通信和命令解释；所有跟踪数据应符合厘米级精密定轨的要求；能提供掩星和海洋反射实验的测量。