星载单频GPS接收机低轨卫星几何法定轨研究

讨论星载ＧＰＳ接收机为单频情形的低轨卫星几何法定轨,包括绝对定轨法,相对定轨法和动态网定轨法,并利用ＴＯＰＥＸ／ＰＯＳＥＩＤＯＮ卫星星载ＧＰＳ实现Ｌ１观测值进行验证。结果表明,绝对定轨法三维轨道位置精度可达２０ｍ左右,适用于低轨卫星实时导航;相对定轨和动态网定轨精度均比绝对定轨精度高,伪距相对定轨三维轨道位置精度可达米级,载波相位相对定轨精度可达分米级;动态网定轨相当于在各基准站相对定轨之间加权均     

GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响

目前,越来越多的低轨卫星上都搭载了用于精密定轨的星载GPs接收机,星载GPS已成为低轨卫星精密定轨的主要手段之一.星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度.基于SHORDE-Ⅲ非差动力学定轨功能,以2005年8月1日至8月7日一周的GRACE卫星实测数据为例,采用事后精密轨道(igs)、快速轨道(igr)和超快速轨道(igu)三种GPS星历在同等条件下定轨,估计GPS星历精度对低轨卫星定轨精度的影响,实际计算结果表明igs和igr两类GPS星历定轨精度相当,约为9.5 cm,igu星历定轨精度略低于igs和igr星历,约为10.5cm:高频GPS卫星钟差数据对定轨精度会产生1-6cm影响.     

关于星—星跟踪与地面跟踪的联合定轨问题

关于航天器测轨问题,由天基网部分地代替地基网是目前航天测控的一个发展趋势,现已实现的利用全球导航系统（ＧＰＳ）和跟踪与数据中继卫星系统（ＴＤＲＳＳ）对低轨用户星的测轨手段就是如此。本文将阐述另一种类型的测轨模型和具体定轨方法,即一个中低轨卫星星座中的卫星与地面站的组合对星座中其它卫星进行定轨。     

星载GPS低轨卫星运动学定轨及研究进展

重点论述了星载GPS低轨卫星运动学定轨的基本原理和方法,指出了各种运动学定轨法的优点和不足,分析了各种运动学定轨法解算的特点,并给出了相应的处理策略,同时着重介绍了星载GPS低轨卫星运动学定轨及相关研究的进展。     

基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

运动学定轨是星载GPS特有的定轨方法,该方法不依赖于任何力学模型(地球重力场、大气阻力及太阳辐射压等),尤其适用于受大气阻力影响严重的低轨卫星定轨.基于双频星载GPS数据,研究了运动学定轨原理,讨论了数据预处理方法,建立了一套非差运动学定轨算法.并以GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment)-A、B卫星2008年2月实测数据作为试算验证了本研究方法的有效性和可靠性.GRACE 卫星实测数据计算结果表明:运动学定轨能达到5 cm精度(相对于SLR (Satellite Laser Ranging)),与动力学和简化动力学定轨精度相当.     

考虑地球扁率摄动影响的初轨计算方法

在二体问题意义下的短弧定轨,Laplace型方法是最主要最典型的一种初轨计算方法。若测角资料达到10^-4-10^-5精度(相当于2″—20″之间),那么要使定轨精度达到与其相应的程度,地球非球形引力位中的扁率项摄动应该考虑,在此前提下,同样可以采用相应的Laplace型定轨方法。即给出这种严格包含扁率摄动的初轨计算方法的原理和具体计算过程以及计算实例,除采用多资料定轨方法外,这种方法也是提高初轨计算精度的一种途径,它同样可用于多资料的情况,这种方法对于大扁率主天体(即中心天体)的卫星定轨将更有实用价值。     

抗差估计在星载GPS卫星非差运动学定轨中的应用

针对星载GPS卫星非差运动学定轨的特点,提出将抗差估计应用于星载GPS卫星运动学定轨,一方面尽量保留来自每颗GPS卫星的观测值,保持较强的卫星几何强度,避免轨道求解出现奇异;另一方面,采用等价权思想,有效地降低质量较差的观测值对定轨结果的影响,保证定轨精度．还采用CHAMP卫星的实测GPS数据验证了新方案的可行性和有效性．     

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。     

GPS数据定轨与外测数据定轨结果比较

本文使用卫星上搭载的ＧＰＳ接收机获得的数据进行最小二乘法定轨。将ＧＰＳ数据定轨结果外推的星历与外测数据定轨结果外星历比较,在国境内有外测数据的弧段,两种方法位置相差３０－４０米;在国境外没有外测数据覆盖的弧段,相差１００米左右。     

DORIS系统及其结果

本文阐述了DORIS系统,它是目前一种新型的高精度的测轨定位系统跟踪网,介绍了它近几年来进展过程和今后的发展前景.DORIS系统为低轨道卫星的测轨精度约为10cm.根据以往DORIS资料的估算结果,它可提供低于10m的绝对定位和几个厘米的相对定位精度。     

GPS掩星技术低轨卫星计划的现状及进展

主要介绍了几个国际上已经实施的GPS掩星计划（GPS／MET，Φrsted,Sunsat,SAC-C,CHAMP)和在研的（COSMIC，ACE）低轨卫星计划的现状及取得的进展。通过总结可知，下一代GPS掩星接收器应具有体积小、质量轻（几百克）、低功耗的特点；能提供实时的卫星物理状态参数；飞行器上的自主计算和控制；星上数据通信和命令解释；所有跟踪数据应符合厘米级精密定轨的要求；能提供掩星和海洋反射实验的测量。     

基于GPS与三轴磁强计的联合导航算法

为了修正近地轨道(小于1000 km)地磁场模型,提高导航的精度,在地磁导航系统中引入GPS作为一个新的测量设备,提出了一种基于三轴磁强计与GPS的联合导航算法．该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量,建立状态方程;取卫星周围的磁场强度和GPS接收的信号作为观测量,建立观测方程;并以GPS确定的轨道状态量为标准量,去估计磁场模型参数的修正量,构成冷备冗余导航算法．仿真结果表明,提出的导航算法对轨道位置的估计误差小于50 m,速度的估计误差小于0．1 m／s,导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统．     

New observational techniques and precise orbit determination of artificial satellites

Modern observational techniques using ground-based and space-based instrumentation have enabled the measurement of the distance between the instrument and satellite to better than one centimeter. Such high precision instrumentation has fostered applications with centimeter-level requirements for satellite position knowledge. The determination of the satellite position to such accuracy requires a comparable modeling of the forces experienced by the satellite, especially when classical orbit determination methods are used. Geodetic satellites, such as Lageos, in conjunction with high precision ground-based laser ranging, have been used to improve for modeling of forces experienced by the satellite. Space-based techniques, such as Global Positioning System (GPS), offer alternatives, including kinematic techniques which require no modeling of the satellite forces, or only rudimentary models. This paper will describe the various techniques and illustrate the accuracies achieved with current satellites, such as TOPEX/POSEIDON, GPS/MET and the expectations for some future satellites.     

星载GPS自主定轨的长期稳定性

通过模拟长达100天的星载GPS伪距观测资料,进行卡尔曼滤波定轨仿真计算．重点研究：1)采用简化的动力学模型与简化状态转移矩阵,是否保证滤波的长期稳定性；2)模型误差矩阵Q的选取对滤波定轨精度的影响；3)与事后最小二乘批处理相比较,在简化模型下自主定轨的精度．同时给出了相应的结论．     

The Effect of GPS Ephemeris on the Accuracy of Precise Orbit Determination of LEO Satellite-borne GPS

The satellite-borne GPS receivers dedicated to precise orbit determination are now being carried by more and more low earth orbit (LEO) satellites and the satellite-borne GPS has become one of the main means for the precise orbit determination of low earth orbit satellites. The accuracy of satellite-borne GPS precise orbit determination depends on the accuracies of the GPS ephemeris and the clock error. Based on the orbit determination function of SHORDEIII zero-difference dynamics and using the observational data obtained by the GRACE satellites for the week from 2005 August 1 to 7 as an example, three versions of GPS ephemerides (igs, igr and igu) are used to carry out orbit determination under the same conditions and to estimate the effect of the GPS ephemeris accuracy on the accuracy of orbit determination of low earth orbit satellites. Our calculated results show that the two ephemerides, igs and igr, are equivalent to each other in orbit determination accuracy (about 9.5 cm), while igu is slightly less accurate, at about 10.5 cm. The effect produced by the data of the high frequency GPS satellite clock error on the accuracy of orbit determination is 1–6 cm.     

彩色电视副载波信号在卫星定轨中的应用（摘要）

即使静止、同步卫星有着标称位置，但由于各种摄动的存在会使卫星轨道发生漂移．而在许多应用中，例如高精度时间同步，必须精确知道卫星的轨道．另外，由于很少为时间传递、时间同步发射专用卫星，所以它通常使用以其他目的为基本任务的卫星，如气象卫星、通信广播卫星等．以往，这些卫星的轨道信息总是由卫星主管部门给出，在这种情况下，卫星的轨道确定不可能专门考虑第二目的．为此，应用部门为了满足自己的需要，在不影响卫星基本功能条件下，采用闭路动态技术来精确确定卫星的轨道．本文在简要叙述闭路动态卫星定轨原理的基础上，探讨了利用卫星彩色电视副载波信号测速进行同步卫星定轨的可能性．并给出单台站的某些试验测量结果．     

GPS卫星的激光测距和应用研究

简述了SLR和GPS跟踪技术的发展概况。详细介绍了近几年来对GPS－35、36卫星的激光测距进展和应用研究的情况。给出了残差分析的初步结果,并指出了目前GPS卫星的稀少的激光测距资料对卫星精密定轨和站坐标的解算是有价值的。同时,也简单地评述了GPS卫星的微波和激光跟踪技术各自的优势和弱点．建议联合利用GPS-35、36卫星的SLR和GPS观测资料来开展有关的应用研究。最后,对今后的应用研究工作提出了建议．     

基于GPS射频信号模拟的定时方法

针对采用GPS定时的设备提出了基于GPS射频信号模拟的定时方法,在不更改原有设备的情况下,可利用外部时间基准进行同步。首先建立卫星的轨道模型,模拟出卫星的导航电文;然后根据设备的位置模拟产生观测数据;再将导航电文调制到卫星的伪随机码上,根据观测数据计算出伪距,对调制的信号进行延迟;最后,通过正交射频调制得到GPS模拟信号。已建立的实验模型能实现以上模拟过程。测试表明,该方法可达到10ns级的定时精度。