中低轨卫星定轨精度分析

针对轨道高度为１ ０００ ｋｍ 左右的近圆轨道卫星进行动力学定轨分析。通过对大气模型、地球重力场模型、系统误差、测轨站站址误差等对定轨的影响进行分析, 分析了影响中等轨道的主要误差源。该卫星轨道确定精度为外推三圈优于２００ ｍ 。     

无准确初轨信息时星载GPS低轨卫星定轨方法研究

本文提出了适用于星载GPS低轨卫星定轨的一种精密自主定轨方法。该方法利用星载GPS观测资料直接解算GPS方程求得卫星初轨,避免了早期使用短弧资料定初轨时法方程的病态性的影响,为精密定轨提供了较准确的近似值,并以此展开观测方程进行精密定轨,保证了迭代过程的收敛,减少了迭代次数,节约了时间,适用于低轨卫星的自主定轨和实时定轨。     

星载GPS低轨卫星定轨理论研究

GPS为低轨卫星定轨提供了一种全新的精密定轨方法-几何法定轨(Geometric Orbit Determination).     

卡尔曼滤波在低轨卫星精密定轨中的应用

星上计算机的处理能力不断提高,地基控制系统资源日益紧张,这些都对卫星自主定轨提出了迫切的要求,利用卡尔曼滤波进行卫星自主定轨将具有十分广阔的应用前景。但由于低轨卫星受摄动力较大,使得其动力学方程十分复杂,本文对如何建立适当的模型进行了分析。标准卡尔曼滤波只有在满足一定约束条件时,才能得到最优解。但利用星载GPS进行卫星定轨时,这些约束条件并不能得到完全的满足,针对这些问题本文讨论了相关噪声和滤波发散,观测值粗差等问题。     

时变大气模型应用于低轨卫星自主定轨

本文提出对太阳辐射与地磁活动长期预报参数进行修正,以确保参数的时变特性。修正后的参数作为高精度时变大气密度模型的输入,应用于低轨卫星自主定轨,保证大气阻力长时间内的实时自主计算。以CHAMP卫星为对象进行试验分析,结果表明:该方案的自主定轨精度整体优于传统的静态模型;且不会对星上计算效率产生太大影响;时变大气模型应用于低轨卫星自主定轨是可行的。     

低轨空间目标甚短弧初轨关联

利用地基或天基光学观测技术进行低轨道(low earth orbit,LEO)目标编目库扩展,两个关键技术为甚短弧初轨确定(initial orbit determination,IOD)和初轨关联,针对这两个问题提出了距离搜索方法和几何方法。利用中国科学院国家天文台长春人卫站地基光电阵观测的角度数据和天基光学仿真角度数据进行实验。结果表明,利用距离搜索法进行甚短弧初轨确定,处理天基和地基数据的成功率约为90%;利用几何法进行初轨关联,相同目标初轨关联正确率高于80%。利用长春光电阵数据对关联算法进行了不同初轨条件下的大量测试和分析。初轨确定和初轨关联的试验结果验证了距离搜索法和几何法的有效性,表明这两种算法可应用于编目库扩展。     

星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究

论文研究了星载GPS低轨卫星定轨技术的基本理论和方法,研制了星载GPS低轨卫星约化动力法定轨软件,针对约化动力法和推广卡尔曼滤波存在的问题,开展了星载GPS低轨卫星自适应事后和实时定轨研究,论文最后对星载GPS编队卫星相对定位技术进行了研究。主要工作及创新点概括如下：     

星载BDS/GPS低轨卫星定轨精度分析

针对低轨卫星搭载BDS/GPS接收机实现定轨将成为定轨领域热点的现状,该文讨论了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨需要考虑的数学模型,阐述了实时定轨和精密定轨的模型差异。基于自主研发程序,利用高动态信号仿真器仿真的星载BDS/GPS数据研究了基于星载BDS/GPS实时定轨和精密定轨的可行性及其能达到的精度。试验结果表明,星载BDS/GPS实时定轨位置精度为1.19m,速度精度为2.35mm/s。GPS信号发生中断时即仅采用BDS观测数据进行实时定轨时,三维位置误差达到3.73m;星载BDS/GPS精密定轨位置精度为2.30cm,仅采用BDS观测数据进行精密定轨时,三维位置误差可达到8.26cm。     

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征，并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道，利用轨道积分和轨道拟舍的方法，研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以厦虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。     

用单频GPS数据实现低轨卫星动力学法定轨研究

采用星载GPS双频观测数据,低轨卫星定轨的精度可以达到厘米级。采用GRACE A卫星的星载GPS观测数据,分别基于单频数据(C/A和L1)的半合组合观测量和双频数据的消电离层组合观测量,采用动力学低轨卫星定轨方法,解算了7d的GRACE A卫星轨道,解算结果与德国地学中心发布的快速科学轨道进行对比分析,并通过卫星激光测距观测数据进行检核。结果表明,通过半合组合观测量定轨得到的结果,在径向R、切向T、法向N方向的均方根误差平均值分别为7.9cm、20.1cm和5.5cm,三维定轨精度平均为22.8cm,利用卫星激光测距数据进行检核,残差平均值为-1.8cm,均方根误差为8.6cm。证明了采用单频观测数据进行定轨的可行性,并且定轨精度可以达到一般低轨卫星定轨精度的要求。     

低轨卫星精密定轨的轨道精度评估方法研究

厘米级精密卫星轨道是完成低轨卫星承担的科研、商业等任务的必须前提,其中事后轨道精度评定是低轨卫星精密定轨任务中重要一环。依据观测条件和卫星搭载设备等情况,选择合适的精度评定方法有利于客观准确的评估定轨结果。本文以GRACE卫星为例,讨论了内外精度评估方法,得到有益结论,为我国开展后续国产卫星精密定轨任务具有借鉴意义。      

基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨研究

利用GRACE卫星2015年1月1日至7日的星载GPS观测数据,基于卫星简化动力学定轨方法和事后批处理定轨模式,利用24小时弧段进行精密定轨。采用多种手段进行评价定轨精度,通过分析,观测值定轨残差稳定在7mm,与德国地学中心(GFZ)发布的事后精密轨道在径向、切向、法向的RMS值分别是3cm,2cm,3cm,利用SLR检核轨道精度优于4cm。结果表明,使用简化动力学定轨可实现低轨卫星的cm级高精度定轨。     

GPS纯几何法在低轨卫星定轨中的应用

在近地低轨卫星上安装GPS接收机,并同时能捕获到四颗GPS卫星的话,我们就可以直接利用GPS观测值来组成观测方程,解算被求卫星的轨道位置。但由于GPS卫星是为地面上的用户设计的,其主要是满足地面用户的导航定位要求,再加上近地卫星的高动态性、高速度性,有时还不能同时捕获到四颗GPS卫星,这都给近地卫星的定轨带来了不确定的因素。本文主要对这一想法进行了试验,并分析了定轨的精度。     

利用GNSS星间链路对中高轨航天器测定轨的可行性研究

目前中高轨航天器精密轨道确定普遍采用地面跟踪测量体制,面临跟踪弧段不够、跟踪精度不高、无载体自主定位能力的问题。GNSS星间链路网络的建立为中高轨航天器定轨提供了新思路。介绍了基于GNSS星间链路的中高轨航天器定轨新方法,设计仿真模型分析了其可见性、定位精度、链路预算,并进行了自主定轨模拟计算。结果表明:以GNSS星间链路实现中高轨航天器测定轨,可见星数目多、定位精度好、链路余量高,对中高轨航天器在径向的定轨精度可以达到6m以内,切向和法向在2m以内。本文测定轨方案可行,为GNSS在新领域的应用提供了思路。     

低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度检核方法

基于星载GNSS的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点,也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。讨论了目前低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度评价方法,并通过对GRACE卫星的实测和仿真数据的处理和分析,讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。     

高轨卫星天基定轨原理演示系统的设计与实现

以高轨卫星天基定轨原理作为理论基础,设计了一种在MATLAB仿真软件环境下运行的高轨卫星天基定轨原理演示系统。该系统实现了高轨及低轨用户星轨道仿真、全球导航卫星系统（GPS、GLONASS、Galileo和Compass）星座卫星仿真、高轨卫星及地面用户星对全球导航卫星系统的可见性仿真和高轨卫星天基定轨仿真。仿真结果表明：该系统具有效能高、清晰直观等优点,也具有较强的理论和现实意义。     

附加Helmert变换参数的低轨卫星约化动力学精密定轨

在运动学精密定轨以及动力学轨道积分的基础上,提出基于Helmert变换的约化动力学精密定轨模型.该模型对动力积分轨道以及运动学轨道建立Helmert变换,进而修正轨道积分中的卫星初始轨道以及各种动力学参数.应用该模型,文章采用的约化动力学精密定轨包含两个部分:运动学精密定轨以及基于Helmert变换的动力学轨道平滑.对CHAMP、GRACE两个星期的观测数据进行计算,结果显示:在引入Helmert变换平移参数的参数设置下,相对于运动学轨道,约化动力学轨道的精度平均提高了约30%;对于CHAMP卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.14,0.14,0.16) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m;对于GRACE-A卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.17,0.15,0.13) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m.文中还详细讨论和分析了模型中不同参数设置下轨道精度的情况.     

单中继星单低轨卫星的联合定轨精度分析

针对由单中继星和单低轨卫星组成的联合定轨系统,给出了系统内不同轨道卫星摄动项的选取方案和卫星间的可见性判别模型。在模拟出含有白噪声的四程测距观测数据文件的基础上,研究了测距精度和采样弧段对联合定轨中高、低轨卫星定轨精度的影响。得出如下结论：联合定轨更有利于对低轨卫星的轨道改进;同样的采样时间条件下,测距噪声越小定轨精度越高,并且采样时间越短它的影响越明显;同样的测距噪声条件下,所用资料的采样时间越长精度越高,但当测距精度很高时,TDRS达到最好定轨精度所需的采样时间相应有所缩短。并在定出轨道后进行了轨道预报,分析了轨道预报的趋势及精度。     

单中继星单低轨卫星的联合定轨精度分析

针对由单中继星和单低轨卫星组成的联合定轨系统,给出了系统内不同轨道卫星摄动项的选取方案和卫星间的可见性判别模型。在模拟出含有白噪声的四程测距观测数据文件的基础上,研究了测距精度和采样弧段对联合定轨中高、低轨卫星定轨精度的影响。得出如下结论:联合定轨更有利于对低轨卫星的轨道改进;同样的采样时间条件下,测距噪声越小定轨精度越高,并且采样时间越短它的影响越明显;同样的测距噪声条件下,所用资料的采样时间越长精度越高,但当测距精度很高时,TDRS达到最好定轨精度所需的采样时间相应有所缩短。并在定出轨道后进行了轨道预报,分析了轨道预报的趋势及精度。