综合无奇点根数和坐标旋转的广播星历拟合及其性能评估

将无奇点根数和坐标旋转方法综合运用到地球静止轨道（geostationary earth orbit,GEO）卫星的18参数星历拟合,解决GEO卫星的小偏心率奇点和小倾角奇点问题。基于5颗北斗在轨GEO卫星1 a的轨道数据,分析全年星历拟合精度和稳定性,对卫星进出地影的拟合精度进行定量分析,针对Δn参数超限问题,比较绕X轴旋转5°和55°的Δn参数变化范围。结果表明,2~4 h的拟合弧长5颗GEO卫星的星历拟合精度最大为3 cm,迭代次数最多为5次;拟合弧长越长,拟合精度越低,迭代次数更少;当拟合弧段包含进出地影轨道时,拟合精度降低;旋转55°比旋转5°Δn参数的变化范围减少一个数量级,Δn参数全年无超限现象。     

拟合后剩余残差的统计检验与待估参数的选择

在空间技术的实际资料处理中,经常遇到不同待估参数组合解算的ＲＭＳ水平大致相当而估值结果相差甚远的情况．本文提出采用残差统计检验的方法,结合ＲＭＳ的大小,来判断精密定轨和参数解算的好坏．将拟合后的剩余残差序列看作一个随机变量样本,并假设其满足正态分布,采用高阶矩和皮尔逊χ２ 统计量来度量残差序列偏离正态分布的程度．根据统计检验的结果,提出选择合适的待估参数的标准     

环月飞行器精密定轨的模拟仿真

以中国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背景，分析了在中国联合S波段(USB)测控网和甚长基线射电干涉(VLBI)跟踪网的现有空间分布、观测精度水平下的环月飞行器精密定轨．采用的方法是模拟仿真计算，即首先模拟观测数据，然后在计入各误差源的影响后进行求解，并对解算结果进行比较．模拟仿真的工具是美国宇航局哥达德飞行中心的空间数据分析软件系统GEODYN．环月飞行的主要误差源是月球重力场，为此首先讨论了目前精度最高的月球重力场模型JGL165P1的(形式)误差．在模拟了测距、测速以及VLBI的时延、时延率数据后，计入月球重力场的误差进行精密轨道确定．定轨时采用了减缩动力学(reduced dynamic)方法，即选用合适的经验加速度参数吸收重力场误差对定轨的影响．结果表明对于一个不将月球重力场作为主要科学目标的探月计划(如“嫦娥1号”)，减缩动力学方法是一个简单、有效地提高环月飞行器定轨精度的方法．     

空间VLBI与天文地球动力学

介绍了空间VLBI的精密定轨及其在天文地球动力学应用研究中的最新进展．指出因为空间VLBI的时延和时延率观测量同时涉及到射电参考系、动力学参考系和地固参考系,所以特别适合于参考系的直接连接工作．对为评价参考系连接的精度而发展的协方差分析理论也作了介绍,还分析了将时延和时延率资料用于精密定轨时遇到的困难及其解决办法．     

利用Bernese5.0软件实现LEO卫星精密定轨

越来越多的LEO卫星装载了高精度的星载GPS接收机,星载GPS定轨已成为LEO卫星精密定轨的重要手段之一。星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度,采用CODE(Center for Orbit Determination in Europe)官方网站提供的GPS精密星历及钟差数据,基于瑞士伯尼尔大学开发的Bernese 5.0软件,采用非差减缩动力学定轨方法,解算了60天的CHAMP卫星和SAC-C卫星轨道,并将所得轨道与JPL和GFZ事后科学轨道比较,得出的轨道位置三维精度优于20 cm量级,速度三维精度约为0.20 mm/s。     

利用非差资料的精密点定位方案

单站精密定位 (PrecisePointPositioning ,以下简称PPP)是在同时固定GPS精密星历和卫星钟的前提下 ,利用载波相位和伪距资料进行单台站的精密点定位 .采用该方法时不同台站之间不存在共同的待估参数 ,即各台站互不相关 ,这一特点大大降低了计算量 .采用美国喷气推进实验室JPL发展的数据处理软件GIPSY处理APSG联测资料 ,计算表明PPP的重复率相当于目前国内普遍采用的双差解算结果 .采用较好保持地面网构型的无基准算法 ,计算表明通过Helmert参考系转换后 ,PPP的解算结果与双差算法的外符精度大致相当 .解算表明 ,采用PPP处理 1 0 0个台站约需 3 .5小时 ,而处理同样的资料采用双差算法则需 1 8～2 0小时 .对于我国即将建成的大科学工程或地震监测的多达 2 0 0 0个接收机的GPS网而言 ,在保持精度前提下的节省计算资源和计算时间的PPP解算方案值得广泛的应用     

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。     

关于登月习行轨道数值积分的讨论

讨论了登月飞行轨道的数值积分问题，根据两个标准－－积分精度和计算CPU时间，我们选择了合适的积分器，同时还讨论了登月飞行轨道的数值积分的误差传播问题，指出了登月飞行轨道与人造地球卫星轨道的差别。     

满足约束条件的月球卫星飞行轨道的初步设计

讨论满足约束条件的月球卫星飞行轨道的设计问题，将约束条件分类为只与太阳，月球，地球，飞行器和观测站之间的相对位置有关的运行学约束条件以及涉及到飞行器轨道运行的动力学约束条件，在考虑月球卫星轨道的受力情况后，给出一种准确快速地计算和设计满足约束条件的标准飞行轨道的方法，并应用于不同约束条件下月球卫星的轨道预设计，初步讨论了轨道设计的误差分析，轨道跟踪及实时精密定轨等正在进行的其它相关工作。     

卫星激光反射器质心改正的概率模型

卫星激光测距通过测量激光脉冲在地面观测站和卫星之间的往返时间来计算卫星到测站的距离。激光反射器位置到卫星质心的距离即质心改正(CoM)需要精确标定,以提高卫星测距精度。卫星激光反射器的质心改正误差主要由角反射器分布效应引起,质心改正与激光束的入射角、角反射器排列结构和地面测距站位置有关。卫星角反射器对光子的反射概率与反射器的有效雷达截面积成正比,本文对角反射器的有效雷达截面面积进行拟合,建立以入射角为随机变量的概率模型,计算了球形LAGEOS-1/2的质心改正值,基于长期观测数据使用不同质心改正值进行了精密定轨,分析了其加权残差变化。同时,对BeiDou-M3的角反射器为平面阵列的情况进行了讨论,计算了质心改正值,用一个月的数据进行精密定轨。试验结果表明,基于概率理论的模型在精密轨道中与国际激光测距服务(ILRS)公布的结果相当,说明概率模型适用于球型卫星或非球型卫星。