利用双行根数计算太阳相位角的精度评估

光度特性测量是获取空间目标的物理特性的重要技术手段之一,无论是光变曲线的事后分析还是建立光度变化的仿真模型,都离不开一个重要的参数——太阳相位角（太阳-空间目标-测站的空间夹角）.目前空间目标的位置通常是通过双行根数（TLE）外推获得,存在一定误差,且随外推时间的延长而变大,因而有必要对其计算所得的太阳相位角的精度进行评估.以典型的不同高度的激光测距卫星LAGEOS1、AJISAI、STELLA为研究对象,以全球激光测距资料解算所得的高精度轨道作为参考轨道,对2012年全年利用双行根数计算所得的太阳相位角数据进行了比对分析,结果表明对于LAGEOS1、AJISAI这样的中高轨卫星,由于轨道较高,表征阻力的B＊恒定,计算所得的太阳相位角偏差较小,角分量级,且随外推时间的延长不会导致偏差明显增大;而对于STELLA这样的低轨卫星,因轨道较低、受变化的大气的影响显著,计算所得的太阳相位角偏差较大,尤其是当B＊比较大、变化较快时,偏差显著变大,且随外推时间的延长显著增大,在最差情况下：外推1d约为13＇,外推3d约为50＇,外推7d约为251＇,已超出目前的精度要求.因此,在事后分析中应尽可能使用1d之内的TLE计算太阳相位角,对于B＊较大且变化较快情况尤其需要注意.另外,针对UTC闰秒的情况,提出了一种处理方法,即在双行根数外推时判断外推时段是否跨越了闰秒时刻,若跨越了则进行修正：增加或减少1s,相应地需要修改结果对应的时间戳计算方法.     

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.     

VGOS观测网初步观测及其讨论

为满足天文和测地研究需要,国际甚长基线干涉测量(VLBI)服务组织(IVS)提出了新一代VLBI空间测地计划—VLBI全球观测系统(VGOS)。按照VGOS技术规范,我国第一套VGOS系统于2016年初在中国科学院国家授时中心落成。为满足GEO卫星、射电源较差观测需求,需要制作全新的观测纲要。通过选取与卫星近角距的射电源来消除观测系统误差对卫星定轨的影响,最后利用软件相关处理机对观测数据进行相关处理并给出观测的初步结果,结果表明观测达到预计的观测精度。     

卫星星座的结构演化

主要研究星座几何结构的演化问题，分析了在地球扁率摄动和卫星的入轨偏差影响下轨道的演化过程，以卫星的相位和升交点赤经为参数描述了星座结构演化的一般规律，又以星下点轨迹变化和星下点的相互位置关系的变化为参数描述了区域星座结构演化的地域特性．分析表明，地球扁率摄动将导致星座结构的整体漂移，而卫星的入轨偏差则会导致星座几何结构的紊乱，特别是轨道半长轴的偏差，将是影响星座几何结构稳定性的决定因素．     

基于CEI测量的GEO目标快速轨道恢复

连线干涉测量(Connected Element Interferometry, CEI)是一种全天时全天候的被动测角技术, 已用于空间目标的跟踪监视. 地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星需要频繁机动以保持轨位或完成其他任务, 其机动后的快速轨道恢复能力对于监视预警极为重要. 针对基于CEI的GEO短弧定轨和预报, 分析了定轨算法的形亏和数亏, 在附加先验轨道约束的短弧定轨基础上, 提出了轨道半长轴初值的自适应优化方法. 利用亚太七号卫星的CEI仿真和实测数据进行了短弧定轨和预报, 实验结果表明, 采用优化后的半长轴初值, 30min短弧定轨和10min预报的卫星位置分量精度均优于4km, 能够满足非合作GEO目标机动后快速轨道恢复的需求.     

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。     

基于iHCO通信卫星的CAPS星座优化研究

中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)把寿命末期的地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)通信卫星推到比GEO轨道高约200 km的倾斜高圆轨道(inclined Highly Circular Orbit,iHCO),卫星相对地球向西漂移。利用该类卫星组建CAPS导航星座,可以实现全球范围内的导航通信覆盖。重点开展基于iHCO通信卫星的CAPS星座优化研究,结果表明:利用GEO通信卫星和iHCO通信卫星组成的星座可以实现较好的空间星座布局,可以满足一般导航用户的需要。     

双向不对等几何路径对卫星双向时间频率传递的影响

分析了在卫星双向时间频率传递中,由地面站间钟差和卫星运动引起的双向几何路径不对等导致的双向几何路径时延差对双向时间比对计算结果的影响。选取了3颗卫星（中卫1号、北斗3G、IGSO70）和3组地面站（北京-成都、北京-喀什、北京-三亚）组成的9条卫星双向时间频率传递链路作仿真计算。对于这9条链路,仿真结果显示：1）当两地面站间钟差在1μs～10 ms范围内时,通过GEO卫星比通过IGSO卫星的双向不对等几何路径时延之差对双向时间比对计算结果的影响（τ值）较小;2）假设地面站间钟差在1 ms内时,通过 GEO卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在皮秒量级,一般可忽略;通过 IGSO 卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在纳秒量级,一般不可忽略。     

导航卫星历书参数拟合改进算法

该文对导航卫星历书拟合问题进行了综合研究,结合J2项分析解,提出了一种新的卫星历书拟合方法和用户算法.该方法只需下列参数表示历书: Week、Toa、a、e,i、Ω0、ω0、M0,比正常的GPS卫星历书参数少一个:Ω.用户算法可以根据一阶摄动理论,由新历书参数a、e、i计算Ω,并对MEO、IGSO、GEO卫星的历书参数近地点角进行改进.通过多组模拟轨道和IGS精密轨道的历书拟合实验,结果表明采用新方法具有参数少、计算量少、迭代收敛快、拟合MEO卫星历书精度高等优点,同样适用于高轨GEO、IGSO卫星.     

针对ASO-S/HXI光栅摆放角分布的测试与分析

先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的3大载荷之一硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager, HXI)是一套基于傅立叶变换调制成像技术的望远镜.它利用91组不同摆放角和节距的光栅子准直器排列摆布,获得45个基于空间调制的傅立叶变换对,重建太阳耀斑源30–200 keV的硬X射线像,最高分辨率可达3.1′′.在光栅节距已经确定的前提下,它的摆放角分布仍会影响成像质量.通过对HXI仪器傅立叶分量μν分布与点扩散函数(PSF)的空间演化关系分析研究,寻求HXI光栅摆放角的最优分布.其结果将作为改进HXI仪器设计和开发相应科学分析软件的依据.     

基于STK的寿命末期GEO卫星轨道演化分析

地球同步轨道上的GEO卫星接近寿命末期时,星上的有效载荷和电子元器件等仍能正常应用,此时如果只做东西方向的位置保持,可以大幅度延长卫星的在轨工作寿命。简要介绍了引起GEO卫星轨道变化的主要摄动力,利用STK软件分析寿命末期GEO卫星的运动规律,并给出这类GEO卫星轨道演化的仿真分析流程,用以指导寿命末期GEO卫星的开发应用工作。     

Precise Determination of the Orientation of the Solar Image

Accurate heliographic coordinates of objects on the Sun have to be known in several fields of solar physics. One of the factors that affect the accuracy of the measurements of the heliographic coordinates is the accuracy of the orientation of a solar image. In this paper the well-known drift method for determining the orientation of the solar image is applied to data taken with a solar telescope equipped with a CCD camera. The factors that influence the accuracy of the method are systematically discussed, and the necessary corrections are determined. These factors are as follows: the trajectory of the center of the solar disk on the CCD with the telescope drive turned off, the astronomical refraction, the change of the declination of the Sun, and the optical distortion of the telescope. The method can be used on any solar telescope that is equipped with a CCD camera and is capable of taking solar full-disk images. As an example to illustrate the method and its application, the orientation of solar images taken with the Gyula heliograph is determined. As a byproduct, a new method to determine the optical distortion of a solar telescope is proposed.     

基于转发式测轨系统的GEO卫星机动检测初探

通过对利用C波段转发式测轨网观测"鑫诺一号"卫星得到的原始资料进行初步分析,探讨卫星轨道机动时卫星在测站与卫星连线方向的距离、速度和加速度的变化规律,并提出一种通过对原始观测数据的拟合比对,实现GEO卫星(地球同步卫星)轨道机动检测的方法。分析比较表明,用该方法检测到的卫星机动开始和结束时刻与星载推力器实际喷火开始和结束时刻之间的差别小于3 min,该方法对处于机动期间的轨道确定有一定的积极意义。     

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。     

Initial analysis of ion fluxes in the magnetotail of Mars based on simultaneous measurements on Mars Express and Maven

Simultaneous operation of two Mars satellites, equipped with instruments for the study of the plasma environment close to Mars, the European satellite Mars Express and American satellite MAVEN, allows one to investigate the influence of the interplanetary environment on the Martian magnetosphere and atmospheric losses, induced by the solar wind, for the first time, with a sufficient degree of confidence. In this paper, the data from measurements on the Mars Express satellite (MEX) of heavy ion losses are analyzed in comparison with the solar wind and magnetic field measurements on the MAVEN satellite. The main issue is the spatial structure of the escaping ion flux and the influence of the nonstationarity of the solar wind flux on the escape rate.     

Analytical study of the Earth's shadowing effects on satellite orbits

In this paper a new mathematical model is proposed for the study of the effects of the direct solar radiation pressure on the orbit of an artificial Earth satellite. The equations for the first order effects become canonical when a different definition for the orders of magnitude is adopted. This enables us the utilization of the method of Von Zeipel to eliminate all periodic terms. The model leads to the non-existence of pure secular perturbations owing to the direct solar radiation pressure on the metric elements: semi-major axis, eccentricity and inclination. Numerical examples built with an approximation for the shadow function show that the secular inequalities on the angle variables—longitude, perigee and node—are very small.     

Geostationary secular dynamics revisited: application to high area-to-mass ratio objects

The long-term dynamics of the geostationary Earth orbits (GEO) is revisited through the application of canonical perturbation theory. We consider a Hamiltonian model accounting for all major perturbations: geopotential at order and degree two, lunisolar perturbations with a realistic model for the Sun and Moon orbits, and solar radiation pressure. The long-term dynamics of the GEO region has been studied both numerically and analytically, in view of the relevance of such studies to the issue of space debris or to the disposal of GEO satellites. Past studies focused on the orbital evolution of objects around a nominal solution, hereafter called the forced equilibrium solution, which shows a particularly strong dependence on the area-to-mass ratio. Here, we (i) give theoretical estimates for the long-term behavior of such orbits, and (ii) we examine the nature of the forced equilibrium itself. In the lowest approximation, the forced equilibrium implies motion with a constant non-zero average ‘forced eccentricity’, as well as a constant non-zero average inclination, otherwise known in satellite dynamics as the inclination of the invariant ‘Laplace plane’. Using a higher order normal form, we demonstrate that this equilibrium actually represents not a point in phase space, but a trajectory taking place on a lower-dimensional torus. We give analytical expressions for this special trajectory, and we compare our results to those found by numerical orbit propagation. We finally discuss the use of proper elements, i.e., approximate integrals of motion for the GEO orbits.     

GEO卫星定轨可视化软件设计

介绍了基于Windows系统开发的GEO卫星定轨可视化软件,该软件是采用Microsoft Visual Studio 2005软件平台,利用Visual Basic.NET编程技术开发设计的,具有预处理观测数据资料、解算GEO卫星精密轨道、分析和图形化轨道解算结果等功能。该软件界面友好、可操作性强、方便省时,有效地提高了GEO卫星定轨工作效率。     

基于GEO卫星分段测距资料的定轨研究

为了满足工程需求,充分利用观测资料信息,快速提供较好的卫星位置预报精度是必要的。在精密定轨的基础上,结合某GEO(地球同步轨道)卫星连续3天的测距观测资料,研究了使用GEO卫星的不同弧长的观测资料进行定轨和轨道预报的精度。结果表明,每天间隔11小时选取该段观测开始30分钟后的5分钟资料进行定轨,可以得到一个为期2天、精度好于15 m的预报轨道。     

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．