长春站非合作目标激光测距资料的定轨

精密解算了非合作目标的单站激光测距数据.观测数据少、数据弧段分布不好是对非合作目标进行精密定轨的难点.通过定轨过程中对动力学模型的选择及求解参数的选取,使得轨道计算收敛.解算多组圈数的非合作目标数据,将轨道重叠弧段对比作为评判定轨精度的指标;从多组圈数中提取出一圈的观测数据,对其余数据进行定轨处理,将定轨后的轨道结果与提取出的观测数据进行对比,得到在同一时刻的距离偏差,使其作为精密定轨的外符合.结果表明:对非合作目标(4814)进行精密定轨,平均测距残差为1.01 m,在测距方向上,测量数据外符合的平均轨道精度为14.35 m,预报1 d的测距精度为24.60 m.     

CCD测角与激光测距技术综合测定空间目标的轨道

空间目标包括在轨卫星、空间碎片等,对其测定轨是空间攻防和空间利用的重要前提。由于地面测站资源有限,单站测量是目前对空间目标尤其是空间碎片测定轨较常用的方式。卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)技术测量精度很高,可达米级(非合作目标),甚至厘米级(合作目标),但不能单独用于单站短弧定轨;电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)天文定位技术可观测距离较远的目标,但测量精度为角秒级,换算至空间距离不如SLR技术高。两者的联合为空间目标的高精度定位和跟踪提供了可能,并成为未来空间目标地基测量的发展方向。作为空间碎片单站监测的前期工作,对合作目标的单站定轨精度进行了评估。处理了1500 km高AJISAI低轨卫星的实测数据,分析了单站CCD测角和激光测距数据对低轨空间目标的联合定轨能力,并充分考虑两类不同类型观测数据的精度,数据综合时对其进行合理加权。利用全球激光站资料进行精密定轨,并以此作为参考轨道,采用上海佘山站AJISAI卫星2010年、2011年4天6圈的实测激光测距数据,以及CCD测角数据,开展了单站单圈和单站多圈定轨和预报试验。试验结果表明,测距数据的加入对定轨精度和24小时预报精度的改善非常明显,可提高至少一个数量级;单站单圈联合定轨和24小时预报的精度分别为20 m以内及数百米,单站多圈联合定轨和24小时预报的精度分别在米级及数十米。期望实验结果为中国未来的空间碎片望远镜建设提供参考。     

基于CEI测量的GEO目标快速轨道恢复

连线干涉测量(Connected Element Interferometry, CEI)是一种全天时全天候的被动测角技术, 已用于空间目标的跟踪监视. 地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星需要频繁机动以保持轨位或完成其他任务, 其机动后的快速轨道恢复能力对于监视预警极为重要. 针对基于CEI的GEO短弧定轨和预报, 分析了定轨算法的形亏和数亏, 在附加先验轨道约束的短弧定轨基础上, 提出了轨道半长轴初值的自适应优化方法. 利用亚太七号卫星的CEI仿真和实测数据进行了短弧定轨和预报, 实验结果表明, 采用优化后的半长轴初值, 30min短弧定轨和10min预报的卫星位置分量精度均优于4km, 能够满足非合作GEO目标机动后快速轨道恢复的需求.     

空间目标跟踪的概率数据关联方法

在空间目标的光学观测中,由于跟踪波门内多个量测事件频发,导致跟踪量测的不确定,降低自动跟踪精度引起跟踪不稳.结合Kalman滤波和概率数据关联算法,实现了空间目标自适应跟踪.方法通过Kalman滤波预测确定关联区域,采用概率数据关联技术获得等效量测作为Kalman滤波的有效馈源.实验表明:方法可以有效地提高自动跟踪精度,改善空间目标自动跟踪鲁棒性.     

基于CEI的飞船交会对接远程导引段的轨道确定方案

探讨了CEI技术在飞船交会对接远程导引段的高精度定轨与实时监控的能力。仿真结果表明:精密定轨中采用可视弧段较长的单站可使相对位置精度达百米以内,速度达厘米/秒级。采用单一绝对扩展卡尔曼滤波器的方案进行实时轨道计算,采用滤波稳定后固定模糊度的方法可以使相对轨道位置精度达十米级,速度精度达厘米/秒级,事后及实时的轨道精度均满足远程导引段的精度指标。     

地月DRO星载光学测量近地小行星轨道确定

针对地基光学监测系统对近地小行星在近太阳方向的监测存在盲区的问题,提出了远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,DRO)天基光学平台对近地小行星进行跟踪定轨的方法.通过可视性分析,筛选仿真观测数据,利用美国宇航局喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)公布的小行星初始轨道信息对不同轨道类型的目标天体进行轨道确定,将计算结果与参考轨道对比分析.仿真结果表明:在测量精度2角秒,定轨弧长3年的情况下,DRO平台对仿真算例中所选择的近地小行星的定轨精度可以达到几十公里量级,其中Atira型轨道精度可达10公里以内.由此可见,DRO天基平台对近地小行星具有较好的监测能力,定轨精度能实现对目标小行星的精确跟踪,并对其进行轨道预报.     

一种变维的空间飞行器跟踪算法

基于空间飞行器的非线性环境,该文提出了一种变维自适应估计算法。当飞行器处于无机动的巡航状态时,无色卡尔曼滤波器使用常规的二体问题模型描述其运动规律,而当飞行器被认为开始机动后,滤波器将扩展系统的状态空间,将机动加速度作为状态变量进行估计,从而增加了模型的适应性。目标的机动将应用概率理论中假设检验的手段进行判别,讨论了建立模型切换时滤波器初始化的思路。相对于结构固定的跟踪算法,该变维自适应估计算法的资源消耗较小,便于修改,是一种空间飞行任务中可行的在线跟踪算法。     

利用IGS星历预报GPS卫星轨道

在动力学轨道拟合以及轨道积分的基础上,提出了基于IGS精密星历的GPS卫星轨道预报方法。该方法首先利用已知的IGS精密星历作为虚拟观测值,采用动力学方法拟合出GPS卫星的初始轨道和动力学参数,然后再通过积分来预报GPS卫星的轨道。主要讨论了基于不同弧段的IGS星历时,该方法对GPS卫星轨道的拟合和预报情况。研究结果显示:对于6 d弧段以内的IGS精密星历,其拟合轨道与IGS精密星历差值的三维RMS值均优于4 cm,随着拟合弧段的增加,拟合残差变大;当利用2～6 d弧段的IGS星历来预报GPS轨道时,大部分卫星第1天、第7天和第30天的三维预报精度可优于0.1 m、3 m和100 m。其中,2d弧段的IGS星历对GPS卫星第1天和第7天的预报结果最好,5 d弧段的IGS星历对GPS卫星第30天的预报结果最好。     

基于智能优化算法的小天体初轨确定

经典的初轨确定方法包括Laplace方法和Gauss方法以及它们的各种变化形式. 除这些经典方法之外, 基于当今光学观测数据的特点, 学者们也陆续提出了一些其他的初轨确定方法, 包括双r (目标距离观测者的距离)方法和可行域方法. 双r方法的一种实现方式是通过猜测某两个时刻(通常是定轨弧段的首、末时刻)目标离观测者的距离, 结合观测者在空间中的位置矢量, 即可求解相应的Lambert弧段作为目标轨道的初始猜测. 进一步, 以其他观测时刻的RMS (Root Mean Square)为优化变量可以改进初始猜测从而确定初轨. 可行域方法则是针对一组初始观测参数(包括赤经、赤纬及其变率), 根据一些初始假设将目标(离观测者的)距离及其变率约束在可行域内, 并通过三角划分逐步逼近的方式寻找到使观测RMS最小的猜测解. 针对一系列模拟观测数据以及实测数据, 将智能优化算法(粒子群算法)应用于这两种初轨方法, 并将结果与改进的Laplace算法的结果进行比较. 由于双r方法不仅可以用于短弧定轨还可用于长弧关联, 所以进一步给出了针对长弧段数据的关联结果.     

基于加权滤波的低信噪比LAMOST光纤光谱信号降噪

针对低信噪比条件下光谱抽取精度较低的问题,对输入二维光谱图像进行预处理,提出了一种在Wigner时频域加权滤波的方法进行光纤光谱信号降噪,改善低信噪比的光谱数据质量。针对传统低通滤波不能滤除通带内混叠噪声的缺陷,采用Wigner变换获取光谱信号高集中度的时频分布。先构建带通滤波器滤除较分散的明显噪声分量,再针对通带部分设计加权滤波器,根据信号的先验信噪比进行非线性处理,最后利用Wigner变换的边缘特性重构有效信号。实验部分采用大天区面积多目标光纤光谱望远镜(the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope,LAMOST)系统的仿真和实测数据验证算法的有效性。     

An Orbital Prediction Algorithm for LEO Satellites Based on Optical Observations of Short Arcs at Single Station

The forecasting technique of the target tracking based on the short arcs at single station is an important way to guarantee that high-precision photoelectric theodolites can normally track and capture the targets in unconventional environments. We construct the tracking prediction algorithm based on nonlinear filter, which can provide the guiding data for the closed loop tracking under normal circumstances. At the same time we also construct the target prediction algorithm based on the nonlinear transformation, without valid observational data, which can provide a track guidance for the theodolite and ensure that the targets will not be lost. It is demonstrated that the nonlinear filtering is more effective than the EKF (extended Kalman filter) in the tracking prediction algorithm of the short arcs at single station. The results indicate that the nonlinear filter designed in this paper can be used as the guiding algorithm for the optical tracking equipments. And its guiding accuracy is in the same order of magnitude of the theodolite's random measurement accuracy. When the systematic error of the equipments reaches 50″, the accuracy can achieve 20″ for predictions in 60 s. This still satisfies the requirement of the field of view of the tracking equipments.     

同步卫星短弧定轨

同步卫星受到摄动力的影响,它的实际轨道有一点漂移．卫星需要不断的调轨调姿,以保证其正常运行．为了研究卫星在几小时,甚至更短的时间内的轨迹情况,采用短弧段定轨法．用动力学方法进行短弧定轨,分别研究1小时和15分钟定轨并进行比较,目的是为了在同步轨道卫星变轨后,能尽快地为卫星提供精密的预报轨道．此外,在系列短弧定轨后,得到精密轨道系列,为研究轨道变化的力学因素及研究短弧中卫星转发器时延变化规律等提供依据．     

GDJ目视经纬仪光电改装后的观测方法

本文主要介绍GDJ打印经纬仪经光电改装后的系统特点及新的观测方法,并由此而获取的效益。     

利用国内VLBI网跟踪大椭圆轨道卫星

2004年7月,昆明VLBI站经过改造,由上海、乌鲁木齐和昆明站组成的中国VLBI网(CVN)采用统一的MARK4格式编制器和CVN硬盘记录系统,对大椭圆轨道卫星“探测1号”的2圈轨道的共同可视弧段进行了跟踪观测．软件相关处理程序已成功地用于检测卫星遥测信号的干涉条纹和数据相关处理．采用基于条纹幅度的加权最小二乘条纹拟合方法,获得了卫星VLBI观测量及其精度估计,完成了卫星VLBI观测量的3基线闭合误差检验．应用河外射电源校准方法和多频点相位校正信号提取方法,进行了台站钟差和仪器延迟等系统误差改正．经系统差改正后的卫星VLBI观测量序列已用于“探测1号”卫星的轨道确定．     

遗传算法优化的BP神经网络卫星钟差预报

针对BP (Back Propagation)神经网络模型预测卫星钟差中权值和阈值的最优化问题, 提出了基于遗传算法优化的BP神经网络卫星钟差短期预报模型, 给出了遗传算法优化BP神经网络的基本思想、具体方法和实施步骤. 为验证该优化模型的有效性和可行性, 利用北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)卫星钟差数据进行钟差预报精度分析, 并将其与灰色模型(GM(1,1))和BP神经网络模型预报的结果比较分析. 结果表明: 该模型在短期钟差预报中具有较好的精度, 优于GM(1,1)模型和BP神经网络模型.     

云南天文台人造卫星观测与相关应用研究

回顾了过去２０年，特别是近１０年来云南天文台人造卫星的观测与应用情况。介绍在观测仪器的研制、改进和观测方法研究以及有关激光测月资料的归算与应用方面所作过的工作。根据既有的条件，就今后若干年内可能进行的几项工作提出了粗浅的看法。     

TheU,B, V photoelectric brightness profiles of NGC 362

The photoelectric brightness profiles inU, B, andV colors of the globular cluster NGC 362 are reported down to about 9 magnitudes below the central value, covering a radial distance of about 10 arc min. They were derived fromE-W scans, with a large rectangular diaphragm, giving the integrated profile of the cluster in about 6 min. of time. The inverse problem of determining the brightness profiles from integrated luminosities is solved by means of the regularization method. The agreement with the data available in literature (photoelectric brightness measurements in the inner 80 arc sec, bright stars distribution in the range 80-330 arc sec) is generally good. TheB-V andU-B radial color distributions are presented. It may seem that there is no color gradient, outside the central region dominated by red giants.     

Homogeneous and Heterogeneous Observational Data Weighting Method of Combined Orbit Determination of Near-earth Satellites of Bi-satellite Positioning System and its Applications

In the light of the problem of amalgamation and processing of multisource observational data in the combined orbit determination of near-earth satellites of the bi-satellite positioning system, the optimal weighting method of the improved variance component estimation of the two-step systematic error correction of homogeneous observational data is proposed. Analyses show that the multi-source amalgamation measurement model of the heterogeneous observational data essentially is a multi-structure, multi-parameter non-linear regression model, and the optimal weighting method of the combination of model structure characteristic analysis and variance component estimation of the heterogeneous observational data is established. The realization algorithms of the optimal weighting and the combined orbit determination parameter estimation of the two sorts of observational data are designed, and the simulation experiments of the combined orbit determination are carried out by taking the distances among the two satellites and the backup satellite and the homogeneous observational data and the distance between the two satellites and the heterogeneous observational data of satellite sensor angle measurements as the examples. The results of theoretical analysis and simulation calculation show that for the combined orbit determination of homogeneous observational data, the accuracy of orbit determination obtained by adopting the variance component estimation method of the two-step systematic error correction can be more superior than that obtained by means of the traditional empirical weighting method. For the combined orbit determination of heterogeneous observational data, through the introduction of the weighting factor by which the model structure is characterized the accuracies of the combined orbit determination of the near-earth satellite and geostationary satellite are both improved to a certain extent in comparison with the mean weighting mode.     

GPS接收机的中频信号处理算法研究

该文对GPS接收机的中频信号处理算法进行了研究,内容主要涉及信号捕获、载波恢复和伪码跟踪3部分,详细分析了信号捕获过程中所采用的匹配滤波器法、快速傅里叶算法(FFT)、锁频环(FLL)、锁相环(PLL)以及延迟锁定环(DLL)的算法原理,并对环路滤波器作了相应的阐述,给出环路对应的递推公式．     

一种空间目标光电跟踪新方法

针对目前空间目标光电观测的自动跟踪过程中,容易受到恒星干扰等影响丢帧后失跟的问题,从概率观点分析了光电跟踪的两个环节:状态外推和实时采样.根据估计理论,建立了一种新的光电跟踪方法.方法利用卡尔曼滤波数据融合的本质提高外推的稳健性,通过均值漂移方法实现跟踪窗口的调整.仿真试验表明,新方法能够有效的降低跟踪中干扰的影响,提高跟踪的稳健性.