利用GOCE卫星轨道反演地球重力场模型

根据积分方程法反演地球重力场的数学模型,利用GOCE卫星2009-11-02～2010-01-02共61d的精密轨道数据反演了几组地球重力场模型。结果表明,GOCE卫星轨道能有效提取地球重力场的长波信息,弥补了GOCE卫星重力梯度带宽的限制,在106阶次的大地水准面误差为±9.6cm,该阶次精度优于EIGEN-CHAMP03S及GRACE卫星两个月轨道反演地球重力场的精度,但由于两极空白,反演的带谐位系数精度偏低。联合GOCE及GRACE卫星轨道反演的模型在106阶次的大地水准面误差为±6.9cm,弥补了GOCE卫星轨道的缺陷。     

LEO星群探测地球重力场的性能分析

探索如何利用低成本的低轨卫星(low Earth orbit,LEO)星群的精密轨道资料探测地球重力场,并以COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere climate)为研究实例初步分析了其覆盖性和方法的可行性。     

面向精密位置服务的低轨卫星轨道预报精度分析EI北大核心CSCD

LEO卫星精密轨道预报是LEO导航增强系统中重要的技术环节之一,本文使用多种算法来实现不同任务需求下的轨道预报。对于在地面处理系统实现的LEO轨道预报,算法1采用定轨预报同时处理的策略,算法2将离散轨道点进行动力学拟合再进行积分外推。GRACE-C卫星预报5、10、15 min的URE平均精度分别为5.25、5.67、6.25 cm;HY2A卫星为7.83、8.69、9.66 cm;SWARM-A卫星为8.88、9.22、9.63 cm;SWARM-B卫星为8.49、8.98、9.63 cm。对于计算条件受限的LEO星上轨道预报,本文利用单个轨道点及简单动力学模型进行轨道积分外推的算法。该算法主要考虑地球中心引力及非球形引力摄动,因此地球重力场阶次对轨道预报精度产生较大影响。平均高度为500 km的LEO卫星选取60阶重力场,高度为1000 km的LEO卫星选取30阶重力场,可实现预报10 min轨道优于10 cm的预报精度。     

低轨卫星初始状态误差对反演地球重力场的影响

基于动力学法反演地球重力场的基本理论,研究了卫星初始状态向量误差对应用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场的影响。在仅考虑低轨卫星初始状态误差的情况下进行了模拟计算,结果表明:在利用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场时,卫星初始状态向量误差需要重新进行估计;在目前的轨道精度水平下,若不顾及误差方程二次项的影响,反演弧长不宜过长;卫星初始状态速度误差(约1.5mm/s)的影响要大于位置误差(约10 cm)的影响。     

LRI与KBR数据检核GRACE-FO卫星精密轨道

GRACE-FO卫星定轨精度直接影响其反演地球重力场,评估检核轨道数据精度是保证重力场反演效果的重要步骤.自该卫星升空以来,已在轨观测近2年6个月,尚未见对各时期卫星轨道的检核分析.针对以上情况,提出了利用LRI与KBR数据检核GRACE-FO卫星精密轨道的方法,引入了基于信噪比确定权重系数的星间距离组合观测量作为参考值,对764 d卫星轨道进行了精度检核,并与几何法轨道进行对比.实验结果表明,精密轨道在两星连线上的最大偏差为5.2 cm,RMS小于8 mm,近95％的差值在4 mm以内,2018年5月至2020年2月期间轨道数据在外符合精度和稳定性上优于2020年3月至2020年11月期间数据.     

地球质心的运动对卫星轨道的影响

由地心运动引起的引力位1次项系数不为零会对卫星轨道产生摄动.文中主要通过模拟计算来研究地心运动或坐标系统不自洽引起的地心偏离,从而对不同轨道根数的卫星轨道产生的摄动量级.实验表明地心运动对卫星轨道的影响,在高精度精密定轨和反演地球重力场中也是需要顾及的一项内容,特别是在坐标系统不自洽的情况下,影响更大.     

地球质心的运动对卫星轨道的影响

由地心运动引起的引力位1次项系数不为零会对卫星轨道产生摄动。文中主要通过模拟计算来研究地心运动或坐标系统不自洽引起的地心偏离，从而对不同轨道根数的卫星轨道产生的摄动量级。实验表明地心运动对卫星轨道的影响，在高精度精密定轨和反演地球重力场中也是需要顾及的一项内容，特别是在坐标系统不自洽的情况下，影响更大。     

扰动位的综合确定

利用地球重力场任意一种有关信息都可以描述地球重力场一定的情况。根据卫星轨道摄动观测求定的引力位球谐系数只能表示地球重力场的长波分量。大地水准面起伏是地球扰动引力场越来越丰富的有用信息，但目前用其计算的引力位系数也只是在低阶较准确。重力异常、垂线偏差、单层密度和纯重力异常都利于求定高阶位系数，其中与大地水准面起伏有关的量，如纯重力异常和单层密度，用它们计算位系数等于联合应用大地水准面和重力异常，故用其计算的位系数在低阶次精度也较好。重力异常垂直梯度是描述扰动引力场细部最有利的信息。本文给出利用各种类型观测资料计算位系数精度估计式，提出综合利用各种资料求定位系数依资料类型的谱特性赋权的方法。     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演,研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法.分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道,并与业已公布的卫星轨道数据进行比较,结果表明, CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大,考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高.     

利用卫星重力测量确定地球重力场模型的进展

卫星重力测量是当前探测全球一致、高精度和高分辨率地球重力场的高效技术手段,主要包括高低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in high-low mode, SST-hl）、低低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in low-low mode, SST-ll）和卫星重力梯度测量（satellite gravity gradiometry,SGG）。系统总结了利用卫星重力测量技术（包括SST-hl、SST-ll和SGG及多模式组合）反演地球重力场的主要方法,评述了利用挑战性小卫星有效载荷（challenging mini-satellite payload, CHAMP）、重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment, GRACE）/ GRACE继任者（GRACE follow-on, GRACE -FO）和地球重力场和海洋环流探索器（gravity field and steady-state ocean circulation explorer, GOCE）卫星重力数据构建静态和时变重力场模型的最新进展,并对当前具有代表性的地球重力场模型精度进行了分析和评估,以期对未来的地球重力场研究及其地学应用提供参考。     

Simulation of the Impacts of Single LEO Satellite Orbit Parameters on the Distribution and Number of Occultation Events

Introduction WithGPSreceiversmountedonLEOsatel lites,GPSoccultationeventscanbeobserved.Theobservablesarevaluableforatmospheric monitoringandweatherforecasting.Whenpre paringtobuildupanLEOsatelliteoccultation observationsystem,theevaluation,designand imple…     

Simulation of the impacts of single LEO satellite orbit parameters on the distribution and number of occultation events

Focusing on carrying out GPS occulatation observations with a receiver set on LEO satellite, this paper develops the LEO orbit simulation system based on which the occultation events can be simulated taking into account the geometric relationship of the satellites and the field of view of the receiver antenna. In this paper, the impacts of 4 types of LEO orbit parameters including argument of latitude (AOL), right ascension of ascending node (RAAN), orbit height and orbit inclination on the distribution and number of occultation events observed with a single LEO satellite are discussed through simulation and some conclusions are drawn.     

小型化LEO星座与BDS-3全星座联合定轨仿真

受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit,GEO)卫星的静地特性,北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)定轨精度较差,加入低轨卫星(low earth orbit,LEO)星载数据可显著提升定轨精度.使用一种由24颗L...     

傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO 精密单点定位

针对目前多数低轨道地球卫星(LEO)设计处于初步论证阶段,LEO轨道无法精确获取,轨道误差难以准确表述的问题,提出了一种傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO 精密单点定位(PPP)分析方法. 该方法根据LEO精密定轨后的轨道误差呈现准周期正弦特性,利用傅里叶级数拟合LEO轨道误差,并仿真生成LEO观测数据和星历产品,分析了LEO轨道误差对BDS/GPS/LEO PPP精度与收敛时间影响. 仿真结果表明:BDS/GPS/LEO PPP定位误差随着LEO轨道误差的增加而逐渐增大,但与测站纬度和LEO星座构型无明显关联. 且为保证全球区域BDS/GPS/LEO PPP收敛时间均短于BDS/GPS PPP收敛时间,引入6×10、12×10、18×10 LEO星座后,其LEO轨道误差均方根(RMS)应小于5 cm、11 cm、12 cm.      

低轨卫星导航增强系统半物理仿真平台设计与验证CSCD

低轨道地球卫星(LEO)具有相对地面几何构型变化快、播发信号链路损耗小等优点.随着低轨卫星载荷研制与发射成本的逐渐降低,低轨卫星导航增强技术成为当前卫星导航领域的研究热点.目前国内外的低轨导航增强技术研究均处于起步阶段,没有成熟的低轨卫星导航星座,缺乏有效的低轨导航增强系统的服务性能验证手段.文中开展对低轨导航卫星轨道外推方法、低轨卫星信号捕获跟踪技术的研究,设计构建低轨导航增强系统半物理仿真平台.在仿真平台的基础上对北斗/低轨增强系统组合应用的高精度快速精密定位方法进行验证,实现了精密单点定位(PPP)的快速收敛且具有较高的内符合精度,对于低轨卫星导航增强系统的建设与应用具有一定的科学与工程价值.     

基于RT-PPP的低轨卫星实时高精度时间同步方法

实现低轨导航增强的关键前提是实现低轨星座的整网时间同步,本文针对低轨导航增强系统,提出了一种基于实时精密单点定位(RT-PPP)的低轨卫星高精度时间同步方法,以解决低轨星座实时高精度时间同步的问题. 本文分析了在处理过程中存在的各类误差,介绍了低轨卫星采用状态空间(SSR)改正信息通过精密单点定位(PPP)实现实时高精度时间同步方法的处理流程,将此方法应用于气象、电离层与气候星座观测系统(COSMIC)卫星实测数据的处理,并将该方法与采用广播星历伪距的方法以及事后精密星历的方法进行了比较分析. 结果表明:采用SSR改正信息PPP的方式对2颗COSMIC卫星进行GPS双频观测值的解算,得到的轨道误差的标准差在分米级,钟差误差标准差分别在2.4 ns和2.3 ns左右,可以达到纳秒级. 通过对不同方法解算的结果进行比较可以看出,采用SSR改正信息PPP的方法明显优于采用广播星历伪距方法的解算精度,且与事后精密星历PPP的方法解算精度相当.      

低轨卫星星载GNSS反射事件模拟分析

基于低轨（low earth orbit,LEO）卫星星载GNSS反射事件的数学判据,分别用BDS、GPS、Galileo、GLONASS和4系统耦合GNSS星座模拟信号源,仿真分析了LEO卫星轨道高度、轨道倾角、下视天线视场角等参量对反射事件数量和时空分布的影响;进而研究了用上述4大GNSS系统进行GNSS反射信号遥感技术（GNSS reflectometry,GNSS-R）探测对接收机通道数量的需求。统计结果表明:LEO卫星轨道越高,天线视场越大,反射事件越多,镜面反射点分布越稠密;轨道倾角越小,反射事件镜面点越趋于赤道地区分布;GNSS-R接收机所需通道数随LEO卫星轨道高度和下视天线视场范围增大而增加;而LEO卫星轨道倾角变化对通道数需求影响不明显。研究结果对GNSS-R低轨卫星系统设计具有一定的理论参考价值。     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义。低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机。基于仿真数据模拟获得2017年1月1日—30日LEO(low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60、96、192和288颗卫星,以非洲区域为例,利用该数据研究GNSS和LEO卫星穿刺点的覆盖情况和联合建模精度。结果表明:加入LEO卫星后,穿刺点分布改善明显,能够大幅度提高穿刺点密度;单颗低轨卫星穿刺点的范围比GNSS卫星大,LEO卫星的高度角和方位角变化明显;随着低轨卫星数量的增加,融合建模的精度也随之提高;在12:00时东经30°不同纬度范围内,单GNSS建模和GNSS+288 LEO建模差值最大为-1.6 TECU(total electron content unit);随着建模时长的增加,融合建模结果和单GNSS结果差值逐渐变小。     

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势，能够与中高轨GNSS星座形成互补，对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势，已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统；总结了国内外低轨导航增强星座发展现状；针对低轨导航增强，对比分析了高中低轨导航星座的优缺点；重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇；分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。