北斗掩星事件数量与分布的模拟研究

北斗卫星导航系统作为我国自主开发的卫星导航系统,在掩星探测领域有着广泛的应用前景.文章针对利用LEO星载掩星接收机进行北斗掩星探测的任务,在建立LEO卫星轨道模拟系统和北斗全星座模拟系统的基础上,通过仿真计算研究了不同LEO轨道参数条件下北斗掩星事件的特点.分析了对于单颗LEO卫星,北斗掩星事件的数量和分布随LEO轨道参数包括轨道近地点角距、升交点赤经、轨道高度和倾角而变化的规律.针对北斗导航系统由GEO、IGSO和MEO三种轨道卫星组成的特点,对不同类型北斗卫星的掩星事件进行了研究,并分别总结了三种轨道北斗卫星掩星事件的特点.研究结果对利用北斗导航系统进行掩星探测有参考作用.     

北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估

北斗区域卫星导航系统(也称北斗2代1期)于2012年12月27日正式开始运行,系统由14颗卫星组成,包括5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星.本文初步评估了北斗区域卫星导航系统建成运行后的基本导航定位性能,包括卫星可见性、位置精度衰减因子、伪距和载波相位观测量精度、单点定位和差分定位精度以及模糊度解算性能等.通过实验分析可知:北斗伪距和载波相位测量精度已与GPS处在同一水平,伪距测量精度约为33 cm,载波测量精度约为2 mm;北斗伪距单点定位水平精度优于6 m,高程精度优于10 m,已满足设计要求;北斗区域卫星导航系统已具备独立的双频RTK定位能力,其单历元双频模糊度解算成功率几乎与GPS相当;北斗载波相位差分定位精度与GPS相位差分定位处在同一水平,超短基线情况下,定位精度优于1 cm,而在短基线情况下优于3 cm;北斗与GPS组合定位时,模糊度解算的固定率和可靠性均显著提高;在短基线情况下,北斗/GPS组合载波相位差分动态定位精度相对于单一的GPS定位的改善可达20%以上;北斗单频伪距差分定位精度优于2.5 m,与GPS相比仍存在较大差距,其主要原因可能为北斗GEO卫星伪距多路径误差较大.     

北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析

2017年11月5日第一和第二颗北斗三号系统卫星发射升空,开启了中国北斗全球系统组网建设工程.为了验证北斗全球卫星导航系统的信号载荷和设计性能,2015至2016年间先后发射了五颗北斗三号试验卫星,较全面验证了北斗三号系统的性能.文章侧重描述北斗三号试验系统卫星钟、星间测距、时间同步和卫星定轨性能;详细分析了北斗三号民用信号的信噪比、伪距误差随高度角变化、多路径误差、空间信号综合质量、授时精度等;并与北斗二号系统相关性能进行了比较;最后基于现有试验卫星信号性能,预测了未来北斗全球系统的定位、导航和授时(PNT)性能.     

基于BDS-3的定位性能与区域参考框架维持分析

随着北斗卫星导航系统组网成功,分析北斗系统的定位性能及在区域参考框架维持中的应用具有重要意义.本文以陕西和西部某区域北斗基准站为基础,从卫星数据质量、覆盖能力、网解模式和PPP解模式分析了北斗三号卫星定位性能及在区域高精度参考框架维持的可行性与可靠性.结果表明:BDS-3卫星的位置精度衰减因子(PDOP)优于BDS-2...     

基于北斗卫星通信的地震应急指挥系统研究

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行、具有完全知识产权的卫星导航系统。其兼具定位及通信功能的独有技术优势特别适用于大震后通讯中断的地震应急环境。本研究将北斗卫星通信技术及地理信息技术结合应用于地震应急指挥系统的建设中：基于北斗卫星定位技术解决灾害现场人员的位置追踪;利用北斗短报文技术解决盲区紧急通信问题;采用串口通讯、多线程、SHH2框架、Web GIS等技术构建数据采集、解析及综合呈现平台。最终完成集位置监控、灾情上报、统计展示、指挥调度于一体的北斗应急指挥系统建设,进一步提升了重大地震灾害的应急救助信息保障能力。     

北斗卫星通信在强震动台网数据传输中的应用

北斗卫星系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的卫星定位与通信系统.因其具有短报文通信功能,进行相应的软硬件开发,可以用于传输包括烈度在内的强震动台网观测数据.通过北斗卫星传输烈度速报的性能测试和在芦山7.0级大地震中的实际应用效果,对北斗卫星系统目前在强震动台网数据传输中的应用方式和效能进行介绍.     

人造卫星 地球的“扫描仪”

目前是国家航天事业蓬勃发展的重要时期,"北斗"卫星导航系统全球组网即将完成。笔者通过对人造卫星的概念、分类、工作原理和应用举例的介绍,让公众尤其是青少年对人造卫星——"地球的‘扫描仪’"能有更加清晰的认识,了解其在国防、工业与生活中广泛的用途,更加热爱并投身于卫星遥感事业发展的浪潮中!     

GRACE卫星精密定轨随机模型精化

合理的随机模型是确定高精度卫星轨道的前提条件,目前广泛应用于地面观测数据的随机模型主要有高度角模型和载噪比模型,本文通过对GRACE卫星实测数据的分析表明上述随机模型均不能很好地描述GRACE卫星星载GPS观测值的噪声特点,为此,文中提出了扩展的高度角模型和扩展的载噪比随机模型.利用自主研发的精密定轨软件,分别采用高度角模型、扩展的高度角模型、载噪比模型、扩展的载噪比模型对GRACE卫星进行了轨道确定.数值结果表明:(1)高度角模型的运动学轨道径向精度为3.4 cm,扩展的高度角模型的为3.3 cm;(2)载噪比模型的运动学轨道径向精度为4.9 cm,扩展的载噪比模型的则为3.4 cm,精度提高了1.5 cm.经比较分析,文中提出的扩展的高度角模型和载噪比模型能更好地描述GRACE卫星观测值噪声特点,并能取得更高的卫星定轨精度.     

地基GNSS遥感探测气象应用

全球导航卫星系统（GNSS）给定位、导航和授时服务带来了革命性变化,同时其L波段（1160～1610MHz）微波信号可用于全球覆盖、高时间分辨率的大气、海洋和陆表参数遥感探测。基于信号类型,GNSS遥感可分为折射信号遥感和反射信号遥感两大类;基于探测平台,GNSS遥感可分为地基GNSS遥感、空基GNSS遥感和天基GNSS遥感三大类。随着我国自主建设的北斗卫星导航系统全面建成,GNSS遥感将迎来新的发展机遇和挑战。本文回顾近20年地基GNSS遥感探测在气象领域的应用进展,展望其在气象领域下一步可能的应用。     

重力场恢复中的基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨方法研究

低轨重力卫星轨道的精确确定是获得精密地球重力场模型的前提, 而精密重力场模型又是获得高精度定轨结果的保证.本文简述了利用卫星重力方法恢复地球重力场及简化动力学方法确定低轨卫星轨道的数学模型,并简单分析和比较现有的几种重力场模型.用CHAMP实测数据,结合现有的重力场模型,系统分析、研究了不同阶次、不同重力场模型对低轨卫星定轨精度的影响;研究了不同间隔的随机速度脉冲在简化动力学方法中对模型误差的吸收、调节作用.计算结果表明,在定轨中,选择合理阶数的、较精确的重力场模型及合理间隔的随机脉冲参数,不但可以提高计算效率,更能提高定轨精度.     

COMPASS与其他GNSS组合导航完好性分析

GNSS用于民用航空导航必须满足完好性要求,而完好性监测主要通过接收机自主完好性监测和基于增强系统的GNSS完好性通道两种手段实现．北斗卫星导航系统（COMPASS）的快速发展将显著改善卫星几何观测结构,此外,GNSS多频信号可以消除一阶电离层延迟的影响,从而改善RAIM的可用性,使得利用RAIM提供全球范围内无缝的航空进近的完好性服务成为可能．利用仿真数据分析了COMPASS对RAIM可用性的贡献;分析了COMPASS单系统及与其他卫星导航系统组合用于民用航空导航时,利用RAIM能够满足航空进近哪些阶段的完好性需求;探讨了COMPASS用户测距精度对其完好性性能的影响．     

我国民用卫星遥感应用现状、问题与趋势

本文从遥感图像处理技术、行业应用、遥感信息产业化发展三方面总结我国民用卫星遥感应用的发展现状,分析了我国与国际遥感发展相比现存的差距,论述了民用卫星遥感应用发展趋势.研究表明,加强我国天空地一体化空间信息系统建设、扩展卫星应用范围、强化遥感信息处理能力与产品质量检验及遥感应用标准化建设,推进应用示范工程,进而实现遥感应用产业化是未来遥感应用发展的重要方向.     

大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法

深层油气资源量巨大,是全球油气开发的重要方向.随着钻井朝着深层(＞4500 m)和超深层(＞6000 m)发展,地质条件更加复杂,深层钻井泥浆信号传输速率受限,井下随钻测井等数据传输延迟,增加了钻井事故的频率及钻出储层的风险.当前井场智能决策钻井的方法不适用,井下自主智能钻进是未来深层超深层高效钻进的发展方向.本文借鉴无人驾驶汽车的理论技术架构,提出了一种大闭环伺服控制随钻智能导向钻井方法,集旋转导向、地质导向、随钻地震、电磁前探、随钻测量、信号传输、自动钻机等技术于一体,利用"边钻边学"的人工智能评价与决策方法,智能识别钻头前方油气藏甜点,智能决策钻进方向和钻速,并利用大闭环伺服控制实现井下钻头的自主智能导向和钻进.大闭环伺服控制随钻智能导向钻井架构包括钻进感知、智能决策与大闭环控制3个部分.钻进感知部分通过随钻测井数据获取钻头定位信息、井周地层及钻头前方特性参数,智能决策部分依据钻进感知部分获取的信息通过人工智能决策模型修正轨道和优化钻进策略,大闭环控制部分根据智能决策指令调整钻进方向和速度.本文在钻进感知部分采用支持向量机算法利用随钻测井数据进行岩性智能识别,优选随机森林算法和长短期记忆(Long Short Term Memory,LSTM)循环神经网络对孔隙度、渗透率、饱和度和泥质含量进行评价.在智能决策部分优选随机森林算法对机械钻速进行预测与优化,均获得了高准确率.     

基于轨道扰动引力谱分析的方法确定低低观测重力卫星反演重力场的空间分辨率

基于低低卫-卫跟踪重力卫星的轨道特性,从垂直和水平两个方向计算了重力卫星高空扰动引力,并根据其谱特性及星载加速度的测量噪声水平分析了重力卫星能反演重力场的阶数.利用EGM96重力场模型分别计算了400 km、450 km和500 km 轨道高度处重力卫星受到的扰动引力谱及扰动引力谱的平均量级,分析其垂直特性表明:在三个轨道高度处能分别能反演150、140和130阶的重力场模型.利用两颗同轨重力卫星相距220 km的特性,计算了400 km、450 km和500 km 轨道高度处纬度相差2°的两颗卫星纬向扰动引力差,即扰动引力水平分量,分析其谱特性,表明:重力卫星能反演至117阶的地球重力场模型.     

地球重力场恢复中的位旋转效应

分析了地球自转引起的位旋转效应公式中采用近似速度的影响. 对一组GFZ的快速科学轨道、一组TUM的约化动力法轨道以及一组GFZ的事后科学轨道,计算了星历提供的速度与只有地球引力场对卫星产生作用时的卫星速度的差值,其中参考重力场模型分别采用EGM96、EIGEN2和EIGEN_CG01C. 通过比较得出：轨道数据与EIGEN2地球重力场模型的自恰性优于EGM96和EIGEN_CG01C地球重力场模型. 速度差各分量的变化具有很明显的周期性且与卫星轨道的运行周期相吻合. 当要求在卫星轨迹处获得1m2/s2精度的扰动位时,也即要求位旋转效应公式中卫星速度的近似精度小于2mm/s时,GFZ的快速科学轨道、TUM的约化动力法轨道只需要剔除那些速度精度不满足要求的卫星轨迹点;当要求在卫星轨迹处获得05m2/s2精度的扰动位时,应当重新估算上述轨道的速度信息,或采用精度更高的GFZ事后科学轨道.     

卫星探测通道晴空大气吸收透过率快速计算研究进展

大气透过率计算是辐射传输模拟的核心,快速、精确的卫星通道透过率计算方法在卫星资料仿真与反演、卫星资料同化等领域有极大的应用价值.本文综合论述了卫星通道透过率快速模拟技术的研究进展,内容包括基于Taylor展开、最优光谱采样、主分量分析以及机器学习理论等方法的论述,分析了不同代表性模型的基本原理、模拟精度以及存在的问题.在快速透过率模拟的订正方面,本文分析了云水吸收对卫星微波通道透过率的订正,并对模拟透过率的直接订正、辐射传输的光学路径订正、通道光谱中的气体重叠吸收订正以及气体连续吸收订正等方面进行了分析和讨论.本文还论述了我国在卫星通道透过率快速模拟和透过率订正技术的研究进展及存在的问题.指出,快速透过率模拟的首要应用对象是变分框架下的卫星通道辐射资料同化,其本质是把基于吸收强度、谱线线型等复杂物理过程转化为在数学空间高度线性化的计算方法.基于Taylor展开和基于最优光谱采样方法,快速计算有效层光学厚度是当前主流的卫星通道透过率快速计算途径.而如何重新定义不依赖于卫星天顶角的预报因子、将更多的可变气体从均匀混合气体中分离出来,以及定义充分而又具有足够伴随精度的预报因子集合、卫星观测倾...     

联合星载GPS和KBRR星间测速数据反演GRACE时变重力场模型

高精度GRACE卫星时变重力场反演一直是卫星重力测量中的难题.为了恢复高精度的时变地球重力场模型,本文联合GRACE卫星的星载GPS和KBR星间测速观测数据,在对GRACE卫星进行精密定轨的同时,解算出60阶月平均地球重力场模型.通过对GRACE卫星的定轨精度、星载GPS相位和KBR星间测速数据的拟合残差以及时变地球重力场模型解算精度等分析,表明:(1)与美国宇航局喷气推进实验室(JPL)发布的约化动力学精密轨道相比,本文确定GRACE卫星轨道三维位置误差小于5 cm.(2)星载GPS相位数据拟合残差为5~8 mm,KBR星间测速数据拟合残差为0.18~0.30μm·s~(-1).(3)解算的月平均重力场模型与美国德克萨斯大学空间研究中心(CSR)、德国地学研究中心(GFZ)和JPL发布的RL05模型精度接近,时变信号在全球范围内具有很好的空间分布一致性.通过计算亚马逊流域和长江流域的水储量变化,本文与上述三个机构的计算结果无明显差异,且相关系数均达0.9以上.可见,本文建立的卫星轨道与重力场同解算法具有反演高精度GRACE时变重力场能力,为我国卫星重力场反演提供了重要的技术支持.     

卫星定位导航系统在地震应急救援中的应用

在对地震灾害特点综合分析的基础上,分析了地震应急响应与救援决策中的关键性问题。认为震害的规模、程度、空间分布和灾情发展趋势,以及快速获取灾情信息已成为整个地震应急响应和救援决策的关键;而对灾情空间分布及其不同灾情程度位置的确定是救援决策的先导与重要环节。卫星定位导航技术在地震应急搜救的信息快速获取、应急响应、救援决策、指挥、搜索与营救等救援行动的整个过程中,都将发挥其强大的功能。建议研发中国北斗灾害应急救援导航与指挥决策系统,包括地震灾情快速获取、快速判定和决策定位导航技术系统、地震救援指挥调度技术系统和应急救援物流定位导航技术系统建设;研发北斗灾害应急救援导航装备,包括自主定位导航幸存者搜索和营救设备研发和国内外巨灾救援专用定位与导航系统研发。     

基于CHAMP短弧长动力学轨道的地球重力场模型

讨论了基于CHAMP卫星动力学轨道数据以及加速度计数据推求地球重力场模型的动力学法,推导了将加速度计观测数据的尺度和偏差以及卫星初始状态向量与地球重力场位系数一起求解的数学模型. 采用CHAMP卫星120天的动力学轨道数据和加速度数据解算出50阶次的地球重力场模型TJCHAMP01S,并利用各种方法对该模型进行了检核,结果表明：TJCHAMP01S模型精度优于相同阶次的EGM96和EIGEN_1S模型.     

弹性随机介质模型的特征频率

为研究弹性随机介质模型中的波场特征,本文使用弹性波动方程正演模拟了平面波在二维弹性随机介质模型中的传播.通过大量正演模拟,我们首先发现若使用不同频率的瑞克子波作为震源函数,计算散射波场的能量相对值ΔE,则对每一个固定的随机介质模型,ΔE都会在某一个与模型对应的震源频率f*处达到最大值.本文由此提出了随机介质模型的特征频率这一新的概念.本文充分说明了特征频率的客观存在性;给出了相应的计算方法;进一步全面研究了随机介质中的各种模型特征（如自相关长度、背景速度、扰动标准差以及模型尺寸等）与模型的特征频率之间的关系;并得到了若干结论和相应的经验关系表达式.