基于TLE时序的GEO目标东西机动预报

赤道带GEO非合作目标的频繁机动监测是空间态势感知的重要工作.文中给出了GEO卫星东西漂移律和周期性位置保持机动原理,指出相关轨道特征参数有规律性跃变;利用公开下载的双行轨道根数TLE(Two-line Element),提出基于平经度及其漂移率的GEO东西机动周期提取和预报方法.为了提高数据源质量,利用SDP4模型将TLE平根数转换为瞬时同步根数;在等间隔数据插值处理后进行快速傅立叶变换提取轨道机动周期并预报.选取北斗GEO卫星进行验证,C02、C03、C59卫星东西机动周期预测结果分别为36.60、22.88、33.27 d,机动预报时刻的偏差在3 d以内,这与TLE更新间隔密切相关.     

几种机动力建模方法的分析比较

我国COMPASS卫星导航系统利用GEO卫星作为导航星座。由于GEO卫星要进行位置保持及倾角保持，需要定期进行轨道机动，因此，如何实现机动期间的精密定轨及轨道预报是COMPASS导航系统正常运行需要解决的问题。本文利用国内基于C波段转发测距体制获取的实测GEO卫星机动期间测轨数据，分别用常数经验力模型、脉冲经验力模型、脉冲机动力模型、短弧动力学法进行机动期间动力学定轨试验，用轨道重叠弧段法、定轨残差分析法对四种模型轨道确定及预报效果进行评价。结果表明，脉冲力模型具有最好的轨道拟合及轨道预报效果；脉冲机动力模型尽管增加了解算参数，但对预报结果改善有限。     

无旋转倾角的NAV/CNAV型GEO广播星历拟合

目前北斗GEO的星历拟合算法和用户卫星位置算法均引进了人为设置的5°倾角旋转,此外,少数星历参数还有超限现象。取消GEO的旋转倾角和抑制参数超限能够统一北斗混合星座的用户算法。基于第一类无奇点根数,分析了无旋转倾角的GEO两步法星历参数拟合算法。讨论了GEO的参数超限原因,提出采用固定1至2个超限参数取值的缩减参数拟合法。北斗GEO卫星在非地影期和地影期的拟合试验表明,拟合成功率和拟合精度能够保证,拟合用户距离误差(URE)的平均值优于3mm;缩减参数拟合法能够抑制特定时段下的参数超限问题,但是拟合URE放大到2cm。     

BDS伪距多路径效应误差分析及修正

北斗星座包含3类卫星,即GEO、IGSO和MEO,GEO卫星高度角变化微小,伪距多路径观测序列系统偏差较明显;IGSO、MEO卫星随多路径序列系统偏差随卫星高度角变化,多路径误差对单个接收机定位结果影响较大.本文针对GEO卫星伪距观测值偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,利用3 d的多路径效应误差观测序列进行拟合后,利用拟合值修正,修正后的GEO卫星多路径观测序列标准差下降了31％.     

一种地球静止轨道卫星的快速恢复定轨方法

地球静止轨道(GEO)卫星频繁的轨道机动对高精度、实时不间断的导航服务需求提出新的更高要求,如何在短弧跟踪条件下提高GEO卫星轨道快速恢复能力,是提升导航系统服务精度的关键因素。针对该问题,提出基于9参数星历拟合的GEO卫星短弧运动学定轨方法,详细推导定轨的数学模型与偏导模型,针对GEO卫星星历参数拟合中的奇异问题,提出相应的解决方法和措施。利用COMPASS GEO卫星实测自发自收数据进行短弧定轨试验与分析,结果表明:①10 min短弧运动学定轨的位置精度优于19 m,速度精度为4 mm/s,速度精度明显优于MEO卫星;②预报5 min的位置精度为17.760 m,预报10 min的位置精度为18.168 m;③解决GEO卫星频繁轨控所带来的轨道快速恢复问题,满足短弧跟踪条件下RDSS的服务需求。     

工程化广播星历参数拟合算法与接口设计

对导航卫星广播星历参数拟合算法和接口设计问题进行了研究。通过条件数、参数相关性分析,指出小倾角问题是造成GPS开普勒轨道根数广播星历拟合算法不能适用于GEO卫星的最主要原因;通过分析定轨理论和拟合实例证明,GEO卫星星历参数Crc、Crs超限的主要原因是由于其轨道特性决定的;针对GEO卫星星历参数拟合法方程严重病态的问题,提出了动态加权的带参数约束条件平差算法。该方法能有效稳定星历拟合结果,解决Δn等星历参数超限的问题。     

一种改进的广播星历模型

GLONASS卫星星历以3个常数表示摄动加速度在各坐标轴上的分量,即认为摄动项在拟合时段内保持不变。这样的摄动模型与实际相差较远,为保证精度,其星历更新间隔短至半个小时。本文提出了针对导航卫星摄动加速度的二次多项式建模法。首先以多项式拟合短时段内的摄动项精度更高,同时选取二次多项式也不会过量增加星历参数个数。为研究该方法在北斗导航系统中的适用性,星历拟合实验选取了三种不同类型的导航卫星:GEO卫星、IGSO卫星和MEO卫星。     

导航卫星的历书参数及其拟合算法

介绍了GPS卫星的历书参数,分析了它们在GEO、IGSO和MEO卫星应用中存在的问题.提出了一种改进的历书参数及其估计算法,并分别用于GEO、IGSO和MEO卫星.计算结果表明,改进的历书参数及其估计算法能同时适用于GEO、IGSO和MEO卫星,且历书参数的拟合精度损失满足卫星快速捕获的要求.     

机动期间的GEO卫星钟差确定方法

分析了多种精密卫星钟差的插值方法,构建了GEO卫星机动模型,并结合插值方法,确定机动期间的GEO卫星钟差,并将结果与i GMAS最终产品进行了比较和分析。结果表明,三次样条插值是用于确定机动期间的GEO卫星钟差的最优方法,其结果精度可达0.01~0.38 ns。     

GEO广播星历参数设计的无奇点根数法

北斗导航星座的GEO广播星历格式与MEO和IGSO的格式一致,但是GEO星历参数拟合和用户GEO卫星位置计算均需要引进人为设置的5°倾角旋转。从第二类无奇点根数出发,对标准广播星历的轨道及其摄动表征进行改造,提出一套专用于GEO卫星的16参数星历表示法,并推导了相应的用户卫星位置计算公式。拟合试验表明,在非地影期间,2h和3h星历拟合的用户距离误差(URE)的均方根分别优于0.05m和0.1m。     

两种机动力建模方法的适用性分析

分析了脉冲经验力和分段线性经验力两种机动力模型在GEO卫星机动期间定轨和机动后轨道预报中的适用性,同时比较了两种机动力建模方法与短弧动力学方法之间在轨道预报方面的优劣。实验结果表明,在机动定轨中,脉冲经验力模型比分段线性模型更优越。两种机动力建模方法东西机动期间单天弧段轨道拟合精度可优于5m,但线性模型轨道预报精度比脉冲经验力模型和短弧动力学方法差。C波段观测量能够改善机动期间定轨精度。     

转发式测距数据支持的GEO导航卫星精密定轨

地球静止轨道GEO卫星定轨是精密定轨领域的难点.依托我国区域范围地面跟踪网实际,提出了转发式测距数据支持下的GEO导航卫星精密定轨方案.从定轨精度、设备时延和伪距站对GEO轨道精度影响等方面进行了深入分析.试验结果证明:1 ns的时延误差引进的GEO轨道径向和位置误差分别为0.121 m和3.505 m.在多个转发式测距跟踪站约束的条件下伪距对定轨精度贡献非常有限,但通过星地钟差的估计可以实现时间同步,同步精度优于1 ns.这为时间同步提供了一种新的方法.当转发式测距跟踪站有限时伪距对GEO定轨的贡献非常明显,1CC(转发式跟踪站)+7L(伪距站)联合定轨条件下的轨道精度优于5 m.从而解决了GEO卫星精密定轨问题,同时实现了星地和站间时间同步以及卫星轨道与钟差参数的自洽.     

广域增强系统广播星历模型分析

针对广域增强系统10参数广播星历模型的应用范围与应用性能问题,该文提出了综合参数动力学含义和拟合精度的模型分析方法。以GPS 16参数模型为参照对象,采用轨道坐标系3方向投影法,对10参数和16参数模型的摄动表达机理进行了研究。基于GEO、IGSO和MEO 3种卫星实际数据,通过长弧和短弧条件下的拟合精度分析,完成了10参数模型应用性能的全面评估。实验结果表明:10参数模型在长弧条件下的拟合性能不佳,4min弧长条件下,3种卫星拟合精度均能够满足基本导航、在航飞行与精密进近等应用需求。所提方法解决了10参数模型从GEO卫星向其他类型卫星的拓展问题。     

北斗卫星超短弧运动学定轨方法优化与试验分析

针对北斗卫星姿轨控后的轨道快速确定难题,系统地研究了基于多项式拟合和基于星历拟合两种运动学定轨方法,推导建立了相应的运动学定轨模型。同时针对接收机系统差和顽固多径问题,利用基于并置比对的接收机系统差解算方法和CNMC的多径削弱方法,实现了超短弧跟踪条件下接收机数据质量的有效控制。利用北斗GEO/IGSO/MEO卫星的实测伪距数据进行了试验验证,结果表明在10min超短弧跟踪条件下,GEO、IGSO和MEO卫星的运动学定轨位置精度分别为3.27m、8.19m和5.90m,实现了超短弧跟踪条件下的北斗卫星快速定轨,满足了卫星机动期间的北斗RDSS服务对轨道精度的需求,为北斗RDSS服务走向全球提供了技术支撑。     

全球定位系统广播星历算法对地球步卫星的适用性研究

本文介绍了全球定位系统(GPS)广播星历表达式及其参数拟合算法，分析了该表达式与算法对地球同步卫星(GEO)的适用性。计算结果表明，GPS广播星历参数及其拟合算法适用于GEO，且其拟合精度损失用用户测距误差(URE)表示时小于1毫米。     

利用两颗退役同步轨道卫星优化中国区域定位系统导航性能的分析

中国区域定位系统（CAPS）在试验验证阶段利用两颗同步轨道（GEO）通信卫星和两颗退役的GEO通信卫星组成导航星座,结合CAPS气压测高技术实现三维定位。根据CAPS的星座特点,分析了不采用气压测高实现转发式卫星导航定位的可行性和改变退役卫星轨道参数对星座PDOP值的影响。结果表明：调整两颗退役GEO通信卫星的轨道参数后,不采用气压测高技术也可以使CAPS在一天的较长时段内实现较高精度的导航定位。     

北斗GEO卫星轨道算法研究

通过实际采集的北斗广播星历数据分析了GEO广播星历的相关轨道根数特性,北斗GEO卫星广播星历拟合坐标旋转法,给出了适用于北斗GEO卫星的轨道计算方法,通过理论分析和试验验证了北斗GEO法的可用性与正确性。     

基于不同空间尺度测站网的BDS-3 GEO卫星轨道机动实时监测

地球静止轨道(GEO)卫星为保持地球同步特性,需要频繁进行轨道机动,及时准确的对卫星轨道机动的状态进行动态监测,有助于对卫星真实轨道进行修复,使其在机动过程中仍能提供基本可用的轨道参数. 利用基于历元差分测速原理的卫星轨道监测模型,对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的2颗GEO卫星各12次历史机动进行了分析. 结果表明:所选不同空间尺度测站网均可以对C59卫星的机动时间与轨道动态变化进行实时监测,且监测结果基本一致. 另外,本文所选的不同空间尺度测站网均可对C60卫星机动时间进行精准探测,但在对其轨道状态进行实时监测时,空间尺度较大的测站网监测结果更优.      

机动力建模条件下的GEO卫星机动期间定轨

GEO卫星频繁的轨道机动对高精度、实时不间断的导航服务需求提出了更高要求。针对该问题,提出了基于机动力模型的轨道确定与外推方法,尝试利用机动期间的卫星推力信息建立机动力模型。从而实现连续的动力学定轨,保证了机动期间导航服务的实时性和高精度要求。利用北斗系统中GEO卫星实测数据进行了定轨试验与分析。结果表明:采用基于已知机动力模型的轨道位置确定精度优于50 m,明显优于目前几何法定轨的精度,为机动期间导航卫星定轨提供一种的新技术思路,对于提高导航服务精度和连续性具有一定的参考意义。     

广播星历参数拟合算法研究

导航卫星一般采用近圆轨道,当卫星轨道偏心率或者轨道倾角接近于0时,利用GPS卫星开普勒轨道根数拟合卫星广播星历会出现一些问题。当高轨卫星轨道偏心率接近0时,广播星历拟合精度下降甚至拟合失败,为此本文提出了减少拟合参数个数、固定轨道根数M0或者延长星历参数拟合弧段长度的方法;针对GEO卫星在小倾角情况下,广播星历可能拟合失败的情况,本文提出了改变坐标系参考轨道面,在新的坐标系下拟合广播星历的方法。结果表明,改进后的拟合方法能适用于各种类型的导航卫星轨道,拟合精度在cm级或者mm级。