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。     

地球静止轨道卫星数目对BDS单点定位的影响

针对相同条件下地球静止轨道卫星星历引入的测距误差约为中地球轨道卫星2倍的问题,该文分析了北斗导航系统中地球静止轨道卫星数目对定位的影响。采用实测数据在观测时段内可见的倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星的基础上,逐次增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星参与定位;对比分析了不同数目地球静止轨道卫星参与定位时位置精度因子值的变化,以及在北、东、高方向分量误差及总误差的内外符合精度。数据分析表明,按高度角逐次增加1~4颗地球静止轨道卫星时,系统的位置精度因子值有不同程度的改善,定位精度与增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星时基本相当;对高度角最小的地球静止轨道卫星降权处理,定位精度比未降权时提高。     

地球重力场模型对低轨卫星轨道积分的影响

介绍3种不同的地球重力场模型及其(约化)动力学定轨中所涉及的动力学模型,并基于Collocation轨道积分方法对CHAMP卫星进行数值积分,然后将轨道积分结果与JPL快速精密星历相比较。实验结果表明,由CHAMP卫星SST数据反演生成的EIGEN-2模型引力位系数具有较高的精度,能够满足低轨卫星精密定轨的需要。     

地球质心运动的频谱分析方法

针对地球质心运动主要是由多种周期运动叠加的特点，依次讨论了谱分析方法中的AR模型谱分析和小波谱分析方法，分别指出：将参数谱分析方法中的AR模型谱分析和非参数谱分析中的小波谱分析相结合产生的小波－AR谱分析以及小波包－AR谱分析方法，在地球质心运动的谱分析中有较好的频率分辨率以及噪声抑制能力。     

地球质心运动的频谱分析方法

针对地球质心运动主要是由多种周期运动叠加的特点,依次讨论了谱分析方法中的AR模型谱分析和小波谱分析方法.分析指出:将参数谱分析方法中的AR模型谱分析和非参数谱分析中的小波谱分析相结合产生的小波-AR谱分析以及小波包-AR谱分析方法,在地球质心运动的谱分析中有较好的频率分辨率以及噪声抑制能力.     

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。     

卫星跟踪卫星技术确定地球重力场的加速度法研究

地球重力场是地球的基本物理场,表征着地球物质空间分布、运动和变化,一直是大地测量学科的核心科学任务之一。随着卫星重力测量技术的飞速发展,21世纪初国际卫星重力探测计划,CHAMP、GRACE和GOCE先后成功实施,提供了大量高低卫星跟踪卫星、低低卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度观测数据,为研究地球重力场精细结构和构建高精度全球重力场模型提供精确的长波信息。其中,基于卫星跟踪卫星观测值恢复高精度中长波重力场被各国学者广泛而深入地研究。在此背景下,本文研究由卫星跟踪卫星技术利用加速度法确定地球重力场模型的理论与方法。     

卫星重力与地球重力场

卫星重力探测技术可获取全球均匀覆盖的地球重力场信号。以GRACE为代表的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking,SST）计划为人类提供了前所未有丰富的中长波尺度的全球地球重力场信息。本文包含两部分研究内容：一是给出基于能量守恒原理的GRACESST重力观测方程,并采用此方法以实测GRACE观测数据求解得到120阶的GRACE地球重力场模型WHU—GM—05,并同国际上具有代表性的类似模型进行了分析比较;二是采用解析方法分析了SST观测系统中KBR、ACC、星载GPS等有效栽荷误差与获取地球重力场信号性能的响应,为我国SST设计和实施提供参考。     

利用卫星重力梯度数据确定地球重力场的单层位模型

本文提出了处理卫星重力梯度数据以确定高分辩力重力场模型的单层位法并对其中的独立估计法进行了误差分析，数字结果显示：当卫星高度为200km，卫星数据网格宽度为15′，卫星重力梯度数据的精度为2×10~(-3)E时，利用独立估计法可得到分辩力为1°×1°（100km）的全球重力场模型，其重力异常精度小于1（mgal）；若卫星高度降至160km，卫星重力梯度数据的精度达到3×10~(-4)E，则获得的重力场模型的分辩力可提高到0.5°×0.5°（50km），其重力异常精度仍小于1（mgal）。     

利用CHAMP科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场

基于卫星动力学理论,采用德国地球科学中心GFZ提供的CHAMP精密轨道数据和星载加速度计数据,反演了36阶地球重力场模型CDS01S。用不同模型之间的位系数差比较模型CDS01S、EIGEN3P、EIGEN1S及EGM96,表明CDS01S模型的位系数最接近于EIGEN3P;比较上述几种模型的位系数精度,表明CDS01S模型的位系数精度高于EGM96;用CDS01S和GGM01C的前30阶位系数分别计算全球2°×2°网格的大地水准面起伏,两者之间的标准偏差为4.7 cm。     

GPS天线相位中心校正对低轨卫星精密定轨的影响研究

执行各种低轨卫星任务的官方在公布定轨结果的同时并没有公布星载接收机的天线相位中心校正(PCV)信息,而PCV误差是星载GNSS精密定轨必须考虑的主要误差源之一。以GRACE卫星任务为例研究PCV误差对低轨卫星精密定轨的影响,利用GPS观测数据直接估计与相位误差有关的天线相位偏差(PCO)和PCV参数,然后利用K波段测距系统和卫星激光测距仪数据进行定轨评定。     

Swarm卫星天线相位中心校正及其对精密定轨的影响

接收机天线相位中心偏差是星载GPS精密定轨必须考虑的误差源,而PCV一般需要多天观测数据进行联合估计,其估计方法及效率显得尤为重要。本文针对传统PCV综合方法计算效率较低、需要存储多天的法方程以及先验信息等问题,提出了一种改进的PCV综合方法。该方法通过递推的方式,既不需要存储多天的法方程及先验信息,又能够及时提供PCV信息,进而提高了PCV值获取的效率,为实现Swarm卫星PCV的快速求解提供了一种新的途径。最后,利用星载GPS数据进行了Swarm卫星精密定轨。试验结果表明:采用改进的PCV综合方法,能够提高PCV综合效率,降低所需存储空间;通过与外部精密轨道比较表明,进行PCV改正后,Swarm卫星的径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其是对法向精度改善最为明显,平均提高约23.3mm;进行PCV改正后,Swarm卫星各个方向的定轨精度均优于2cm。     

GPS卫星机动变轨的特性分析

随着GPS技术的广泛应用和日趋成熟,使我们能够随时获取所需要的信息。为了保证实时应用的准确性和完备性,我们需要分析GPS卫星变轨的特性,进而减小数据处理的误差。     

GPS35卫星的SLR轨道与IGS轨道的联合比较

GPS35卫星的对地一侧安装了激光后向反射器阵，使得这颗卫星不仅可以播发GPS导航定位信息，还可实施激光测距（SLR）观测，对由激光测距数据所确定的SLR轨道与由GPS数据所确定的IGC轨道进行了比较，得出了这两轨道的差值约为1m，并对此差值进行了分析。     

高程及卫星轨道误差对Z坐标的影响

从Z坐标与高程的关系入手,分析讨论了卫星轨道误差及高程误差对Z坐标精度的影响.结果表明:高程误差对Z坐标的影响随着纬度的增高而增大,在南北半球具有互相抵偿性;卫星轨道径向误差是影响高程精度的重要因素,对高程的影响与基线长成正比.文中提出了改善Z坐标精度的有效途径,针对GPS数据处理中如何合理选择IGS站,以便有效提高Z坐标的精度提供了一定的理论依据.     

高程及卫星轨道误差对Z坐标的影响

从Ｚ坐标与高程的关系入手,分析讨论了卫星轨道误差及高程误差对Ｚ坐标精度的影响。结果表明：高程误差对Ｚ坐标的影响随着纬度的增高而增大,在南北半球具有互相抵偿性;卫星轨道径向误差是影响高程精度的重要因素,对高程的影响与基线长成正比。文中提出了改善Ｚ坐标的有效途径,针对ＧＰＳ数据处理如何合理选择ＩＧＳ站,以便有效提高Ｚ坐标的精度提供了一定的理论依据。     

Linux Shell在卫星定轨软件中的应用

Linux系统由于其开放性、安全性和稳定性受到众多机构和科研单位的认可,许多知名的卫星导航定位软件都是基于Linux系统开发。Shell脚本语言是Linux系统上一种重要的脚本语言,熟练地使用Shell语言可以解决或简化许多问题。本文总结了Shell语言在卫星定轨软件中的一些应用,包括数据下载、数据合并、数据传输、自动化运行与错误预警等,可以为从事卫星导航定位领域的科研人员或工作人员提供参考。     

GPS卫星坐标的计算

GPS卫星的坐标计算是利用GPS进行定位的关键环节,在利用GPS进行导航和测量时,需要多次计算卫星的坐标,因此快速准确地计算出卫星任意时刻的坐标,对于提高GPS定位精度和速度具有重要的意义。通过实例分析了利用广播星历的轨道参数、拉格朗日多项式插值和切比雪夫多项式拟合这三种方法计算卫星任意时刻的坐标,并进行了精度比较。     

星载GPS卫星定轨的UKF-EKF算法

针对无味Kalman滤波（Unscented Kalman Filter）在卫星定轨应用中存在计算效率和估计精度之间如何平衡的问题,本文提出了一种将无味Kalman滤波和扩展Kalman滤波（Extended Kalman Filter）相结合的新算法。该算法对标准的无味Kalman滤波算法作了两个方面的改进,一方面改进采样策略,以最小偏度单形采样策略代替对称采样策略;另一方面改进算法结构,以无味Kalman滤波和扩展Kalman滤波融合算法代替单纯的无味Kalman滤波算法,系统的强非线性部分采用无味Kalman滤波来处理,弱非线性部分采用扩展Kalman滤波来处理。算例结果表明,新算法估计精度与无味Kalman滤波相当,但计算效率提高了30%左右。