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．     

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。     

星载GPS卡尔曼滤波定轨算法

利用卡尔曼滤波定轨算法，处理神舟4号星载GPS伪距实测资料，重点在于研究卡尔曼滤波中模型误差方差矩阵的选取准则，GPS信号中断或连续野值对递推滤波的影响，如何自主监控滤波的运行状态，即是正常还是趋于发散，目的在于评价该算法用于星上自主定轨长期平稳运行的可靠性．     

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．     

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．     

星载GPS精密测轨研究及应用

星载ＧＰＳ定轨系统由于其全天侯、价格低、不受卫星高度的影响可达到米级、分米级乃至厘米级的测轨精度等特点已成为低轨道卫星精密定轨的要求,概述了星载ＧＰＳ系统的组成和定轨原理,给出了星载ＧＰＳ测轨的几种主要方法和数学模型,同时根据ＴＯＰＥＸ卫星星载ＧＰＳ实测数据分析了各种定轨方法的测轨精度以及影响定轨精度的各种因素。     

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.     

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。     

两种观测技术综合精密定轨的探讨

利用T／P卫星的SLR和DORIS实测资料,对两种观测技术综合精密定轨中的加权及其对定轨影响的问题作了初步的探讨。根据所提出的一种经验性的加权方法进行了综合定轨计算,结果表明：对于两种不同技术的观测,相对权选取的恰当与否将影响综合定轨的精度;综合定轨的最优加权不仅依赖于观测资料的精度,还与观测资料的多少和几何分布有关;通过选用最优加权,可使得综合轨的精度优于仅用其中一种技术的定轨精度,综合定轨能有效地提高定轨精度。     

区域网GPS卫星独立定轨的研究

根据我国广域差分GPS系统对GPS卫星定轨的要求,通过对国内GPS跟踪网实测数据的处理,分析和讨论了区域网定轨的数据处理方法和可能达到的定轨精度。为了提高所定轨道的稳定性和先进实时预报的精度,通过对所定轨道的误差分析提出在轨道沿迹方向引入经验加速度计算方案。计算结果表明,采用此方法后GPS卫星的定轨精度有了显提高。既论证了利用我国区域GPS网和广播星历进行独立定轨的可行性,也阐述了提高轨道预报精度的方法。     

Kinematic Precise Orbit Determination for LEO Satellites Using Space-borne Dual-frequency GPS Measurements

As a special approach to orbit determination for satellites with spaceborne GPS receivers, the kinematic Precise Orbit Determination (POD) is independent of any mechanical model (e.g., the Earth gravity ?eld, atmospheric drag, solar radiation pressure, etc.), and thus especially suitable for the orbit determination of Low Earth Orbiting (LEO)satellites perturbed strongly bythe atmosphere. In this paper, based on the space-borne dual-frequency GPS data, we study the kinematic POD, discuss the pre-processing of the data, and construct an algorithm of zero-difference kinematic POD. Using the observational data from GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) satellites covering the whole month of February 2008, we verify the effectiveness and reliability of this algorithm. The results show that the kinematic POD may attain an accuracy of about 5 cm (with respect to satellite laser ranging data), which is at the same level as the dynamic and reduced-dynamic PODs     

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.     

多星混合资料的定轨

在空间目标光学观测资料定轨中常常会遇到多个目标的观测被标记为同一个目标的情况,由于包含了多个目标的数据,定轨过程无法收敛或者完全错误.从极大似然估计角度,采用EM(Expectation Maximum)方法提出一种将轨道改进和识别过程相互融合的处理方法,并在具体实现过程中给出一种稳健估计方法.数值模拟表明方法简便、有效、可行.采用站间差历元差的手段,对当前电离层变化值进行求解与预测,可以将电离层延时误差的变化控制在一定范围,满足频率传递的要求.     

分布逼近的卡尔曼滤波及其在星载GPS卫星定轨中的应用

探讨了利用推广卡尔曼滤波估计非线性系统状态时存在的问题，进而简要介绍了目前自动控制领域广泛使用的分布逼近的卡尔曼滤波UKF(Unscented Kalman Filter)，考虑到卫星定轨中系统的动态方程和量测方程存在严重非线性的情形，提出了将UKF用于星载GPS卫星定轨．实例计算结果表明，UKF的性能要优于推广卡尔曼滤波．     

The Application of GIM in Precise Orbit Determination for LEO Satellites with Single-Frequency GPS Measurements

With the precise GPS ephemeris and clock error available, the iono- spheric delay is left as the dominant error source in the single-frequency GPS data. Thus, the removal of ionospheric effects is a ma jor prerequisite for an improved orbit reconstruction of LEO satellites based on the single-frequency GPS data. In this paper, the use of Global Ionospheric Maps (GIM) in kine- matic and dynamic orbit determinations for LEO satellites with single-frequency GPS pseudorange measurements is discussed first, and then, estimating the iono- spheric scale factor to remove the ionospheric effects from the C/A-code pseu- dorange measurements for both kinematic and dynamic orbit determinations is addressed. As it is known that the ionospheric delay of space-borne GPS sig- nals is strongly dependent on the orbit altitudes of LEO satellites, we select the real C/A-code pseudorange measurement data of the CHAMP, GRACE, TerraSAR-X and SAC-C satellites with altitudes between 300 km and 800 km as sample data in this paper. It is demonstrated that the approach to eliminating ionospheric effects in C/A-code pseudorange measurements by estimating the ionospheric scale factor is highly effective. Employing this approach, the accu- racy of both kinematic and dynamic orbits can be improved notably. Among those five LEO satellites, CHAMP with the lowest orbit altitude has the most remarkable improvements in orbit accuracy, which are 55.6% and 47.6% for kine- matic and dynamic orbits, respectively. SAC-C with the highest orbit altitude has the least improvements in orbit accuracy accordingly, which are 47.8% and 38.2%, respectively.     

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.