卡尔曼滤波在利用GPS对GEO星定轨中的应用

地球静止轨道卫星由于其独特的轨道特性而在通信等方面有着广泛重要的应用,利用GPS对GEO（同步地球轨道）星定轨是GPS应用的一个较新的研究方向,研究表明,某时刻GPS星对于GEO星的可用数为从0到4颗。本文考虑了卡尔曼滤波在利用GPS对GEO星定轨中的应用,并且讨论了利用GPS来提高在现有地面测控站的测控方式所达到的定轨精度,本文在研究对其它种类的用户星（如LEO星、HEO星）也有借鉴作用。     

倾斜地球同步卫星的轨道演化分析

利用STK软件对倾斜地球同步卫星的轨道进行仿真,给出了主要轨道参数的演化曲线,经分析发现：倾斜地球同步卫星的轨道是比较稳定的,可以满足卫星寿命期内对轨道相对稳定的要求。     

基于星载GPS的CHAMP卫星精密简动力定轨

定轨是地球探测卫星任务顺利执行的关键。星载GPS技术提供了大量、连续的高低卫星跟踪观测,为低轨卫星精密定轨提供了技术支撑。为了确定CHAMP卫星的轨道,并分析定轨精度,利用CHAMP卫星星载GPS数据,运用零差简动力法进行精密定轨,给出了精密定轨流程。利用实际数据进行了精密定轨实验,结果与德国地学研究中心（GFZ）公布的CHAMP卫星快速轨道（RSO）进行了对比,结果显示：求解轨道可以达到厘米量级。     

GPS卫星定轨中的摄动力影响分析

分析了地球重力场、海洋潮汐、行星摄动、地极潮汐、相对论加速度等对GPS轨道拟合及轨道外推造成的影响,认为在GPS定轨中除了顾及地球重力场及海洋潮汐对卫星轨道影响之外,还应注意地球重力场模型及海洋潮汐模型的选用问题;此外,在短弧定轨可以不考虑行星摄动、地极潮汐以及相对论加速度的影响,但长弧定轨中需考虑它们的影响。     

基于转发式的北斗卫星导航系统地球静止轨道卫星精密定轨试验

地球静止轨道卫星(GEO)在北斗卫星导航系统(Compass)的卫星导航中具有特别重要的作用,除了利用导航系统自身的伪距相位以外,利用其他的测轨系统对其进行精密定轨有着重要的意义。利用国家授时中心的转发式测轨网对Compass的GEO卫星进行观测,获取转发式测轨数据,利用该数据对Compass的GEO卫星进行精密定轨分析。分别从观测数据的观测精度,定轨残差以及轨道重叠误差等方面分析GEO卫星的定轨精度。     

激光在天空对地观测中的应用

1960年7月世界上第一台激光器问世后，激光测距迅速兴起，不管是地面激光测距，还是激光测卫和激光测月，都为大地测量学的发展作出了重大贡献；特别是激光测卫测月成果，为我们深化对地球动态效应的认识，揭示地球的奥秘，提供了许多重要的科学数据，本文综析了值得注视的下列新近发展。.在IGEX-98国际大联测中，求定GLONASS卫星的激光轨道与微波轨道之差；.评定PRN05/06号GPS卫星星历的精度；.检核Topex/Poseidon海洋测高卫星用GPS定轨的测量误差，.用机载激光测深系统测量海水的浓度；.用EOS-ALT星载激光测距/测高系统测量地球动态参数。     

IGS14地球参考框架更新及其对GPS精密定轨的影响

IGS14地球参考框架发布后,IGS分析中心参考框架已从IGS08转到IGS14,研究框架变化对精密定轨影响变得尤为迫切和重要。为了验证参考框架更新对精密定轨的的影响,该文采用不同的参考框架进行全球定位系统(GPS)精密定轨,并将定轨结果与国际GNSS服务(IGS)分析中心的轨道产品进行对比。实验结果表明,对于GPS卫星,轨道与IGS精密轨道互差均值从32.83 mm变为29.1 mm,重叠弧段均值从29.5 mm变为26.9 mm,更新参考框架后GPS的定轨结果得到提高。相较于IGS08地球参考框架,IGS14地球参考框架在测站位置速度精度、站点震后形变效应的影响和周年半年误差信号等处理上,更加接近测站实际的运动变化过程,有助于提高精密定轨的精度。     

Swarm卫星星载GPS精密定轨方法及精度分析

Swarm星座是ESA的首个用于测量来自地球核心、地幔、地壳、海洋、电离层等区域磁场信息的对地观测卫星星座。而高精度的轨道信息正是其有效利用卫星载荷完成上述任务的前提条件。目前国内关于Swarm卫星精密定轨的研究较少,为此建立并推导了Swarm卫星精密定轨的动力学模型、观测模型以及它们之间的数学关系,详细给出了Swarm卫星精密定轨模型与实现过程。针对Swarm卫星精密定轨中姿态数据的处理问题提出了相应的解决方案。利用Swarm卫星星载GPS实测数据,采用约化动力学定轨方法进行Swarm卫星精密定轨实验。通过轨道衔接点位置差异、与外部精密轨道比较以及SLR验证等精度评定方法分析表明:基于星载GPS的Swarm卫星约化动力学定轨各方向的精度都优于3 cm。     

GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度研究

影响GPS精密定轨的因素除卫星轨道初值外还取决于力模型的精度,而地球引力加速度是GPS卫星精密定轨力模型中最为重要的部分。为满足精密定轨需要,该文针对目前各IGS中心所采用的简化动力法,深入研究了GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度,详细推导了相关公式并编写程序,先后选取7颗GPS卫星及1颗卫星进行计算验证,结果表明:该文所采用的算法得到的地球引力加速度的计算精度优于10E-11ms~(-2),并且当引力位模型阶数为8~12阶时,引力加速度无明显差异。     

星载GPS地球静止轨道卫星自主定轨的新算法

针对地球静止轨道卫星的特点,提出了一种自主定轨的新算法--积分滤波算法,即利用Kalman滤波进行动力学模型数值积分与GPS定轨的有效融合.讨论了该算法的基本过程及其中Kalman滤波的数学模型和重要参数.最后给出了仿真实验过程和结果,证明了该算法的可行性.     

加权平均用于星载GPS几何轨道的动力学平滑

利用星载GPS对低轨卫星进行精密定轨已逐步成为一种主要手段.在简要介绍几种定轨方法的基础上,从星载GPS数据预处理出发,提出了将加权平均用于星载GPS低轨卫星几何轨道的动力学平滑方法,并利用实测数据进行了验证.结果表明,该方法实现过程简单,且能有效提高定轨精度.     

星载GPS地球静止轨道卫星自主定轨的新算法

针对地球静止轨道卫星的特点，提出了一种自主定轨的新算法——积分滤波算法，即利用Kalman滤波进行动力学模型数值积分与GPS定轨的有效融合。讨论了该算法的基本过程及其中Kalman滤波的数学模型和重要参数。最后给出了仿真实验过程和结果，证明了该算法的可行性。     

星载GPS GEO卫星定轨的太阳光压宏观模型

提出了基于太阳光压宏观模型的星载GPS定轨方法,用于在星上确定地球静止卫星轨道.融合卫星运动学信息和星载GPS观测,采用积分滤波法得到连续的轨道解;针对星上太阳光压难以建模的问题,利用宏观模型方法计算GEO卫星所受的光压力.给出了作用在平面板、球形和圆柱形上的光压计算公式,并以“风云四号”卫星为例,建立了相应的宏观模型...     

GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

为确保高精度星载GPS实时定轨算法能够应用于较低轨道卫星,提出了用地球引力近似函数法(GAAF)代替传统球谐函数递推法来计算地球引力加速度,在不降低实时定轨精度的同时,大幅减小高阶次重力场模型的轨道积分计算负荷,以满足计算能力有限的星载处理器的在轨处理要求。分析了影响GAAF计算精度的两个因素:伪中心位置拟合多项式的次数选取和经纬度格网大小的最优确定。用CHAMP卫星的实测GPS数据模拟实时定轨试验,结果表明,采用二次及以上伪中心拟合多项式,格网纬度小于0.75°、经度小于1.5°的GAAF时,实时定轨的轨道精度要优于70×70阶次重力场模型直接参与实时定轨,且大幅降低实时定轨的计算负荷。     

不同观测技术的Jason-2卫星精密定轨评估

针对GPS、SLR和DORIS三种不同手段的各自定轨精度问题,本文基于不同的轨道评估方法进行了深入分析。以JASON-2卫星为例,分析了姿态模型误差及其对定轨精度的影响,分别讨论了GPS、SLR和DORIS的定轨策略和定轨精度,并基于轨道评估结果进行了轨道叠加。基于实测数据进行了试验,试验结果表明,JASON-2卫星姿态模型误差对DORIS、GPS和SLR轨道影响分别为0.040、0.036和0.033m;DORIS定轨结果优于GPS和SLR,SLR定轨精度最差;基于SLR验证和轨道重叠结果加权,对GPS、SLR和DORIS轨道进行轨道叠加,其精度一致,通过与JPL轨道比较,其径向精度为2cm。     

嫦娥二号卫星日地拉格朗日L2点探测轨道定轨分析

嫦娥二号卫星于2011-06～2012-04实施拓展试验,运行在绕日地系L2点的Lissajous轨道上。拓展试验期间嫦娥二号卫星距离地球最远约1 700 000km,随着卫星与地球距离的增加,测轨数据的噪声水平也明显增加;另一方面,距离的增加使得飞行过程中动力学约束逐渐减弱,测轨几何可确定性变差,定轨计算的难度也相应提升。这两个因素对测控系统提出了更为严格的要求。描述了嫦娥二号卫星拓展试验期间的轨道计算情况并进行评估。分析表明,在当前的测控条件下,逃逸初期轨道计算的精度优于km级,速度精度优于1cm/s,而随着飞行距离的增加,轨道计算所需的测轨弧段也相应增加,在转移阶段后期,连续使用20d以上的测轨数据进行定轨计算,通过弧段搭接与轨道预报比较,内符合满足2km的精度水平。     

BDS/GPS联合定轨的贡献分析

北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）目前暂未具有全球导航定位能力,卫星轨道的全程跟踪与测站的几何结构还不完善,影响了卫星轨道的测定精度。针对上述问题,根据动力学定轨的原理与方法,推导了多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）联合定轨对参数求解精度的解析贡献量,并利用实测数据分析了BDS/GPS联合定轨对轨道和钟差求解精度的统计贡献量。结果表明,联合定轨对系统间公共参数求解精度的贡献显著,除地球静止轨道（geostationary orbit,GEO）卫星外,其余轨道和钟差求解精度均有显著提高。BDS/GPS联合定轨对BDS卫星轨道、卫星钟差均方根误差（root mean square,RMS）以及接收机钟差RMS的统计贡献量分别为36.21%、26.88%和20.88%,其中对可视卫星数较少的区域接收机钟差求解精度的贡献尤为显著,贡献量为45.95%。     

联合地面和星载数据精密确定GPS卫星轨道

给出了联合定轨的数学模型,从6个试验的结果说明低轨卫星的星载GPS观测值对GPS卫星精密定轨的贡献。单天解的结果表明,相对于仅使用43个地面跟踪站的定轨结果,增加3颗低轨卫星的观测数据可以使GPS卫星的轨道准确度平均提高40%,即使仅用21个地面站和3颗低轨卫星也可以使GPS卫星的轨道与IGS最终轨道之差的RMS在5cm左右。     

GPS卫星轨道及钟差对GRACE卫星定轨精度影响

针对GPS卫星精密轨道和钟差插值对GRACE卫星定轨精度影响进行了分析,分别使用IGS(International GNSS Service)30 s间隔钟差、CODE(the Center for Orbit Determination in Europe)30和5 s间隔钟差以及15 min精密星历进行GRACE卫星定轨实验。结果表明:GPS轨道插值精度可以达到cm级,将15 min GPS轨道插值为30 s间隔利用9阶拉格朗日插值定轨结果精度最高,继续增加阶数定轨精度不会增加;利用CODE钟差计算GRACE非差运动学轨道,码伪距结果精度较IGS产品提高6%,载波相位运动学定轨结果和约化动力学定轨结果精度都提高10%左右;5 s间隔卫星钟数据对定轨结果改进并不明显。采用CODE间隔为30 s钟差进行GRACE运动学定轨的计算精度能满足cm级轨道的应用需求。     

利用SLR与伪距资料综合定轨

以GPS伪距为观测量对GPS35卫星进行定轨 ,然后将SLR与GPS伪距资料综合起来进行定轨 ,并将计算的轨道与IGS精密轨道进行了比较