北斗三号卫星精密定轨中的光压模型研究

对于在轨运行的BDS (BeiDou Navigation Satellite System)卫星, 太阳光压是作用在卫星上主要的非引力摄动. 受多种因素的影响, 太阳光压摄动力难以精确建模, 是BDS卫星精密定轨和轨道预报过程中重要的误差来源. 由于ECOMC (Empirical CODE Orbit Model 1 and 2 Combined)模型兼顾了ECOM1 (Empirical CODE Orbit Model 1)和ECOM2 (Empirical CODE Orbit Model 2)模型的特点, 在模型中引入了较多的待估参数, 使得参数之间存在强相关性. 针对ECOMC模型的这一缺陷, 文中收集了2019年1月至2022年4月武汉大学分析中心提供的BDS-3卫星精密星历, 采用动力学轨道拟合方法得到了ECOMC模型的13个光压参数. 通过对该模型的光压参数进行时间序列分析, 分别给出了BDS-3 IGSO (Inclined Geosynchronous Orbit)和MEO (Medium Earth Orbit)卫星光压模型的参数选择策略. 并利用轨道拟合和轨道预报试验, 验证了光压模型参数选择策略的合理性. 结果表明, 采用改进型ECOMC模型进行BDS-3 IGSO和MEO卫星轨道拟合的效果最佳, 同时, 也能够提升BDS-3 IGSO和MEO卫星中长期轨道预报的精度.     

Processing and Analysis of X-ray Timing Data for Crab Pulsartwo

The X-ray timing data for the Crab pulsar obtained by the Chinese X-ray pulsar navigation test satellite are processed and analyzed. The method to build the integrated and standard X-ray pulse profiles of the Crab pulsar by using the X-ray pulsar observation data and the satellite orbit data is described. The principle and algorithm for determining the pulsar's pulse time of arrival (toa) in the frequency domain are briefly introduced. The pulsar's pulse time of arrival is calculated by using the timing data of 50 min integration for each set of observational data. By the comparison between the observed Crab pulsar's pulse time of arrival at the solar system barycenter and that predicted with the Crab pulsar ephemeris, it is found that the timing accuracy is about 14 μs after the systematic error is removed by a quadratic polynomial fitting.     

基于SLR精密轨道的天文定位精度分析

利用全球卫星激光测距服务系统(ILRS,International Laser Ranging Service)标准点资料对Ajisai卫星进行精密定轨,残差均方根(RMS)优于3 cm,得到该星的精密轨道.进而对长春站40 cm空间碎片光电望远镜获得的Ajisai卫星的天文定位资料进行精度分析,外符合精度约3″左右.单独利用天文定位数据进行轨道改进,内符合精度优于3″.改进轨道的x、y、z坐标3分量在观测数据覆盖范围内的精度在100 m之内.同样地对Jason-1卫星作数据分析,结果和Ajisai卫星精度相当.分析各个弧段的精度变化,发现定标星个数减少,会导致天文定位精度下降.据此提出可以把最少定标星比例作为评定数据质量的参考指标之一.     

BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System, BDS)已于2020年7月正式建成并开通, 北斗三号(BDS-3)在旧信号B1I和B3I的基础上, 增加了B1C、B2a新信号. 为了全面评估BDS-3的新信号B1C、B2a的定位性能, 试验了GPS (Global Positioning System)、BDS-3、BDS-2/BDS-3新旧信号的定位性能和BDS系统不同频点与GPS组合定位性能, 对BDS (B1I+B3I、B1C/B2a)+GPS (L1+L2)组合静态PPP (Precise Point Positioning)定位性能进行分析, 并与单卫星系统对比分析. 试验结果表明: BDS-3 (B1C/B2a)在East (E)、\lk North (N)、Up (U)方向的定位精度优于1.25cm、0.89cm、1.67cm, BDS-3新旧频点在E、N方向上定位精度与GPS L1/L2在同一水平上, U方向上新频点定位精度高于GPS L1/L2和BDS-3旧频点, 较旧频点定位精度提升了34.2%, 新频点收敛时间25.9min比旧频点提升了12.7%; 相较于BDS、GPS单系统, 组合系统BDS/GPS定位精度和收敛时间有了明显的提高, BDS-3 (B1C/B2a)+GPS在E、N方向上与BDS-3 (B1I/B3I)+GPS定位精度相当, 在U方向上定位精度前者较后者有了明显的提升, 提升了17.2%, 组合系统新频点收敛时间20.1min比旧频点提升了17.6%.     

基于GEO卫星分段测距资料的定轨研究

为了满足工程需求,充分利用观测资料信息,快速提供较好的卫星位置预报精度是必要的。在精密定轨的基础上,结合某GEO(地球同步轨道)卫星连续3天的测距观测资料,研究了使用GEO卫星的不同弧长的观测资料进行定轨和轨道预报的精度。结果表明,每天间隔11小时选取该段观测开始30分钟后的5分钟资料进行定轨,可以得到一个为期2天、精度好于15 m的预报轨道。     

Research on the Methods of Performance Monitoring and Evaluation for Active Hydrogen Maserstwo

Active hydrogen maser is the main frequency standard for establishing and maintaining the time scale. It has the characteristics of high short-term stability and low phase noise. At present, it plays an increasingly important role in the international atomic time (TAI) and various local time scales. Firstly, in combination with the internal state parameters of an active hydrogen maser, the correlation between the internal state parameters and the comparison data of a hydrogen maser is analyzed, and a method for the performance monitoring of a hydrogen maser is proposed. Secondly, according to the characteristics of hydrogen maser performance, a method for evaluating the performance of a hydrogen maser is given. The hydrogen maser performance includes mainly two aspects, namely the frequency stability and predictability. The performances of two types of active hydrogen masers (CH1-75 and MHM-2010) are evaluated by this method. The correlation analysis of the atomic clock state parameters and comparison data shows that the state parameter monitoring can effectively predict the variation of the hydrogen maser performance. The evaluation results of atomic clock frequency stability and predictability show that the atomic clock with a higher medium-and-long term frequency stability has a better predictability. There are two methods for the predictability evaluation, one is based on the data published by BIPM (Bureau International des Poids et Measures), and another one is based on the quadratic model. Both methods are consistent with the weights published by BIPM. Therefore, the two methods can be used as a quantitative method to evaluate the predictability of a hydrogen maser.     

碰撞风险评估标准适用性分析

随着空间碎片数量的不断增加,空间目标碰撞预警技术已经受到人们越来越多的关注.早期普遍使用几何区域(BOX)判定法对空间目标的碰撞风险进行评估,但它是一种比较保守的方法,工程实用性低;90年代后开始广泛地研究和采用碰撞概率判定法,这种方法综合考虑空间目标交会时刻的多个参数,但是由于其数学模型对轨道误差数据的依赖程度很高,所以在某些情况下会导致预警结果不准确.通过仿真的方法,模拟两条确定交会的标准精密轨道,由程序生成随机误差加入到标准轨道生成有误差的轨道,计算最接近距离和碰撞概率,并分析二者之间的关系.结果表明,当轨道预报精度较差时,碰撞概率判定法可能会失效,需要结合几何区域判定法进行综合判定,以避免碰撞预警过程中的"误判"和"漏判".     

单站单圈测距资料初轨计算的单位矢量法

根据单位矢量法测轨原理，在已知轨道面参数i，Ω的前提下，给出了一种适用于单站单圈测距资料的初轨计算方法．计算结果表明，方法是有效的．在没有测角资料或测角资料精度显著低于测距精度的情况下，有应用价值．     

LP估计在星载GPS运动学定轨中的应用及精度分析

为得到高精度的星载GPS运动学定轨,必须利用观测精度高的相位观测值,但是相位观测值预处理后,仍然存在残余小周跳．在残差服从正态分布情况下LS法是最佳参数解算方法,但该方法不能解决资料的系统误差消除问题,LP估计是处理资料残差分布含有系统误差的有效方法之一．基于LS、LP方法的有效条件和GPS数据预处理的特性,将LP估计方法引入星载GPS运动学定轨数据处理中,以CHAMP卫星资料为例,研究了LP估计在星载GPS运动学定轨中的应用及其精度分析．实践表明:在处理含有残余小周跳的相位观测值时,LP估计比LS更有效,提高了星载GPS运动学定轨精度,但随着残余周跳的进一步修复,LP估计相对于LS估计的优越性越来越弱,在资料完全没有系统误差,残差服从正态分布的情况下,LP估计不能很好地体现其优越性,精度反而低于LS估计．     

加速仪数据在CHAMP卫星精密定轨中的贡献

通过用几个实例计算，评估了CHAMP卫星加速仪数据对SLR数据定轨精度的贡献．结果显示用加速仪数据代替非保守力对CHAMP卫星进行精密定轨时，其SLR的残差从原来的16．5cm减少到2．7cm，与精密轨道相比，卫星位置误差由18．9cm减少到6．2cm(一天资料)．     

Time Transfer Algorithm Using Multi-GNSS PPP with Ambiguity Resolution

With the development of real-time service (RTS) project, timing users can apply the real-time precise point positioning (PPP) technique for time transfer. As a participant in the RTS project, the Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) implements the PPPWIZARD (Precise point positioning with Integer and Zero-difference Ambiguity Resolution Demonstrator) project to validate the PPP with ambiguity resolution. In order to analyze the contribution of multiple global navigation satellite system (multi-GNSS) and real-time ambiguity resolution to time transfer, our experiment used the observation from multi-GNSS, including GPS (Global Positioning System), GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), BDS (BeiDou navigation System), and Galileo for data processing. Meanwhile, the real-time products from CNES were utilized to examine the performance of four different PPP processing modes. The experimental results indicated that, of all the processing modes, the time transfer using multi-GNSS PPP with GPS ambiguity resolution had the smallest standard deviations (STDs). The STD value was decreased by 38.1$\%$, compared with the traditional time transfer results using GPS PPP.     

利用长期资料改进双星轨道解的一种方法

早期的地面观测积累了大量关于双星系统的观测资料.相对于近年来的各种观测数据,这些资料兼有精度低的缺陷和时间跨度长的优势．针对同时具有长期资料和依巴谷观测数据的较长周期的双星系统(如依巴谷星表的双星和多星附表中的G型双星系统),提出一种联合拟合方法,即首先通过拟合依巴谷的观测数据IAD寻求目标函数局部极小的轨道解,然后从中选出长期资料的最优解．结合这种方法的可行性分析,讨论了适用该方法的双星系统的轨道特征．作为应用实例,研究了文献中存在两种轨道解且仅有7次长期资料可以利用的系统73Leo,通过伴星质量的外符合分析,给出了具有较高可信度的轨道解．     

基于线性数据重构的天线动力学模型辨识方法

射电望远镜天线伺服控制系统中的非线性特性, 对系统动力学特性辨识有着显著的影响, 会提高辨识难度, 增加辨识模型的复杂程度. 系统非线性特性的测量与补偿也会增加系统辨识工作量. 针对上述问题, 提出了一种基于非线性采样数据的线性重构方法, 用于动力学特性建模. 通过提取原采样数据的相位与幅值, 对受到噪声与非线性畸变影响的系统采样数据进行线性重构, 降低待辨识模型的复杂度. 搭建了半实物实验平台, 以平台实际采样为基础, 重构线性数据, 利用奇异值法与自回归神经网络评估并辨识平台动力学模型. 实验结果表明, 建模数据奇异值拐点从100阶下降至40阶, 仅用10个神经网络节点200次训练即实现了模型辨识.     

Study on the Orbit Prediction Errors of Space Objects Based on Historical TLE Data

Two line element (TLE) released by the North American Aerospace Defense Command (NORAD) is widely used by aerospace workers, and the matched SGP4/SDP4 (Simplified General Perturbation Version 4/Simplified Deep-space Perturbation Version 4) model is used to propagate it. Nevertheless, no corresponding information about its accuracy and covariance is clearly given, thus the application of the TLE data is greatly restricted. In this paper, the determined and predicted orbits are compared to generate the orbit error data, based on the historical TLE data obtained from the Space-Track website and the SGP4/SDP4 model. By dividing different time bins, the fitting coefficients of the variation of orbit prediction error with time are given for each space object, and the characteristics of the error evolution are further discussed for the different types of orbits. The mean analytic model of the orbit prediction error evolution with time is given respectively for the four orbit types of space objects, which provides a valuable reference for extending the application of the TLE data.     

基于天文开源软件的卫星干涉测量数据处理系统

VLBI (Very Long Baseline Interferometry)技术观测卫星需要对干涉测量数据进行相关和后处理,通过相关、时延校准、条纹搜索,最终得到卫星的基线几何时延.基于天文开源软件建立起一套卫星干涉测量数据处理系统.该系统可工作在实时和事后两种状态,实现相关、中性大气、电离层、钟模型以及仪器硬件的时延校准、条纹搜索、生成基线时延和时延率序列.使用该系统处理北斗GEO (Geosynchronous Earth Orbit)卫星的干涉测量试验数据,得到了精度在1–2 ns量级的卫星基线时延序列.     

数据深度加权半参数估计法在方差分量估计中的应用研究

针对天地基联合测控中多源异质数据存在多耦合性系统模型误差和粗差的情况,提出了基于数据深度加权半参数估计的方差分量估计法.利用半参数估计法补偿不确定性模型误差,同时构建数据深度权抑制粗差的影响,使半参数估计不受粗差的影响,为方差分量估计提供合理的权矩阵,使得方差分量估计能对存在不确定性模型误差和粗差的结构定权.进行了天地基对空间目标的联合测控仿真试验.结果表明,改进的方差分量估计法能有效补偿不确定性模型误差并抑制粗差的影响,确定更加合理的权值.     

基于Lomb算法的非等间距VLBI观测资料频谱分析研究

研究非等间距采样频谱分析中所发生的虚假信号问题．利用Lomb非等间距频谱分析方法对准多周期采样的模拟资料和VLBI实测资料进行频谱分析,得出了准多周期采样会产生虚假谱峰的结论．通过对频谱特征的分析,给出了虚假谱峰的位置分布的经验公式并从统计学角度证明了该公式．利用该公式可以确认准多周期采样频谱分析中的虚假谱峰位置,同时对公式的具体应用进行了讨论．其结论是基于VLBI的观测资料采样特征得到的,但同样适用于一般的准多周期采样资料的频谱分析．     

Estimation of Distribution Algorithm for Initial Orbit Determination of Too-short-arc Based on Kernel Density Estimation

A new approach of the initial orbit determination for too-short-arc with angular measurements is implemented by building the probabilistic model in the solution space with the estimation of distribution algorithm. Without any assumption about distribution, the non-parametric kernel density estimation is employed in the model building. The method, unlike other evolutionary algorithms, such as the genetic algorithm and particle swarm optimization, considers the fitness as well as the characteristics of the solution space. Numerical experiments with real observations indicate that without any constraints, the proposed technique has a good performance for the observations of usual accuracy.     

利用3次方位观测天基初轨确定新方法

提出了一种适用于天基空间目标光学观测的初始轨道确定新方法. 通过对比地基和天基观测的几何构型, 分析了利用天基光学观测数据进行初轨确定时计算收敛到观测平台自身轨道的原因. 基于轨道半通径方程和改进Gauss方程, 推导出了斜距条件方程组的解析形式, 将天基光学观测的初轨确定问题转换为求解关于观测时刻斜距变量的非线性条件方程组的问题. 利用轨道能量约束减小了解的搜索区域, 消除了方程组的奇点. 最后利用天基实测数据验证并分析了非线性条件方程组根的性质, 利用低轨光学观测平台对低、中、高轨和大椭圆轨道空间目标的仿真观测数据验证了方法的有效性.