利用卫星跟踪卫星视线加速度确定月球重力场的模拟研究

月球重力场的研究是实施探月工程的前提和基础,但由于目前探月技术不足以及月球特殊的物理环境,现有远月面重力场的精度难以保证探测器远月面登陆。而已在地球重力场研究方面得以成功实施的卫星跟踪卫星技术为解决这一难题提供了可能。本文通过模拟数据研究了卫星跟踪卫星视线加速度确定月球重力场方法的可行性和可靠性,计算了GRAIL卫星轨道参数下的月球全球重力异常,结果表明,卫星跟踪卫星视线加速度能较好地展现月球全球重力场的精细结构。     

吉林一号光谱卫星对月观测图像定位方法

明确遥感图像中像元位置是数据应用的基本前提,结合地球轨道卫星获得的高分辨率月球视图,有望通过月表特定区域的辐亮度直接标定卫星仪器。本文针对吉林一号光谱02星(JL1GP02)对月观测图像提出了一种不严格依赖仪器参数的月球图像坐标计算方法,通过观测时刻的卫星视角天平动,以及月球和仪器扫描的方位关系,计算了二维图像像元的月面坐标,并通过创建模拟图像评估了几何定位质量。结果表明,不同分辨率月球观测图像的几何偏差通常在1.3个像元之内,约两年的时序结果非常一致且总体服从正态分布也表明定位结果的可靠性。本文方法可以避免复杂的坐标转换,并可在仪器内方位参数未知的情况下实现月球图像像元级几何定位。     

月球重力场模型研究进展和我国将来月球卫星重力梯度计划实施

本文介绍了基于国际探月观测数据建立的月球重力场模型:8×4、15×8、13×13、5×5、7×7、16×16-1/2/3、Lun60d、GLGM-1/2、LP75D/G、LP100K/J、LP165P、LP150Q和SGM90d;通过对比SST-HL/LL-Doppler-VLBI和SST-HL/SGG-Doppler-VLBI跟踪观测模式的优缺点,建议我国将来首期月球卫星重力测量计划采用SST-HL/SGG-Doppler-VLBI较优;其次,通过对比静电悬浮、超导和量子卫星重力梯度仪的优缺点,建议我国将来首期月球卫星重力梯度计划采用静电悬浮重力梯度仪;并建议我国将来首颗月球重力梯度卫星的轨道高度(50～100 km)选择在已有月球探测卫星的测量盲区,轨道倾角(90°±3°)设计为有利于月球卫星观测数据全球覆盖的近极轨模式。     

月球探测的发展

月球距离地球38 4万公里,是地球唯一的天然卫星,是人类进行深空探测向外层空间发展的最理想的跳板和中转基地。本文对19世纪50年代末以来世界各国发射的月球探测器作了简要回顾,概括了人类月球探测的历程,分析总结了月球探测的成果及月球基本的几何和物理参数,并对世界各国正在实施或即将进行的探月计划进行了详细介绍。进入20世纪90年代以来,各航天大国再次兴起月球探测热潮,为21世纪建立月球基地,开发月球资源做准备。     

“嫦娥一号”卫星摄影测量综述

本文介绍了在“嫦娥一号”月球探测工程中,为实现对月球表面进行三维立体成像,获取月球三维影像图的科学目标,西安测绘研究所的科研人员所做的科学研究工作,阐述了“嫦娥一号”工程涉及到的摄影测量理论、技术和方法,展示了“嫦娥一号”卫星的摄影测量研究成果和月球影像的数据处理结果,提出了深入进行月球探测的建议,为读者了解我国探月卫星的摄影测量现状,提供基本参考。     

国际重力卫星研究进展和我国将来卫星重力测量计划

本文首先分别介绍了国际已经成功发射的专用地球重力测量卫星CHAMP、GRACE以及即将发射的GOCE、GRACE Follow-On和专用月球重力探测卫星GRAIL的研制机构、轨道参数、关键载荷、跟踪模式、测量原理、科学目标和技术特征;其次,阐述了当前相关学科对地球重力场测量精度的需求;最后,建议我国在将来实施的卫星重力测量计划中首选卫星跟踪卫星高低\低低模式,尽快开展轨道参数优化选取的定量系统研究论证和重力卫星系统的误差分析,依据匹配精度指标先期开展重力卫星各关键载荷的研制以及尽早启动卫星重力测量系统的虚拟仿真研究。     

卫星重力测量的主要方法和发展现状

利用卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量技术来测定全球重力场，是近几年重力场测量领域的一个发展重点。由这些卫星上的各种数据获得的地球重力场模型在精度和分辨率上都得到了很大程度上的提高。本文首先以CHAMP、GRACE、GOCE三颗卫星为例，介绍了当前卫星重力测量的主要方法、原则，对三颗卫星的特点进行了说明。同时对三颗卫星的组成部分、轨道参数、应用领域进行了介绍。对于由CHAMP、GRACE卫星数据生成的重力场模型，文中进行了分析、评价和比较。     

北斗全球导航卫星的运动学解算方法研究

在GNSS中,获取各个可见卫星的位置和速度是卫星导航接收机实现定位、测速和定时的必要条件。介绍北斗全球导航卫星的星历数据参数,依据卫星星历参数,给出了卫星空间位置、运行速度和加速度的数学表达式;研究基于轨道插值的卫星状态估计方法,利用分段三次埃尔米特插值计算卫星位置与速度;采用Matlab软件编制星历参数法与插值法的解算软件,并通过实验仿真验证了两种方法的可行性。结果表明,插值法得到的卫星位置误差可满足导航定位需求,在处理数据量大的情况下,插值法提高了计算效率。     

月球卫星重力发展历程和我国月球探测建议

重力场是研究内部构造和星体演化的基本物理量,具有重要价值。概要介绍了新一代地球重力卫星,重点回顾了月球重力测量发展历程,详细地介绍了历史上重要的探月任务及具有代表性的月球重力场模型,指出了月球重力场反演存在的主要困难,最后,提出了我国发展自主探月计划的建议。     

基于广义延拓逼近法的QZSS卫星钟差内插精度分析

卫星钟差数据插值是高精度定位数据处理中的重要环节,其插值结果直接影响定位精度,但常用的插值或拟合方法具有不同缺点. 本文尝试将广义延拓逼近法应用于准天顶卫星系统(QZSS)卫星钟差数据的处理中,介绍了Lagrange插值法、切比雪夫拟合法和广义延拓逼近法的原理,以及滑动式与非滑动式的区别;然后使用QZSS钟差数据探讨三种方法的参数(组)取值与插值结果精度的关系;最后比较三种方法在各自最优参数(组)取值情况下对QZSS卫星钟差的插值精度. 结果表明:选取合理的参数组合,广义延拓逼近法完全适用于QZSS卫星钟差的插值,且插值精度明显高于其他两种方法.      

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。     

高轨卫星轨道预报中神经网络模型优化设计

高轨卫星是我国卫星导航系统的重要组成部分。提升该类卫星的轨道预报精度有利于用户定位精度的提高。提出了一种改进高轨卫星轨道预报精度的新方法。该方法避开了精化动力学模型的困难,尝试从轨道预报误差的规律中寻找突破。利用神经网络作为建立预报模型的工具,将某历史时刻的轨道预报误差作为训练样本,利用训练好的神经网络模型补偿当前时刻的预报轨道以提高轨道预报精度。对影响神经网络模型补偿效果的各因素进行了详细分析,制定了适应于高轨卫星短期、中期和长期预报的神经网络最优模型。利用实测数据进行了试验分析,结果表明:预报8,15及30 d应选择的训练步长分别为10,20及25 min;轨道预报8~30 d时,训练噪声均选取0.01。神经网络模型有效地改进了高轨卫星的轨道预报精度,预报4~30 d,轨道精度提高幅度为34.67%~82.37%不等。     

VLBI在探月卫星定位中的应用分析

中国实施的"嫦娥"探月工程中,探月卫星的定轨测控系统由我国现有的S频段航天测控网(USB)和甚长基线干涉测量(VLBI)系统组成。系统中,VLBI技术主要为绕月卫星定轨提供卫星的角位置。本文分析了在探月项目中,VLBI单点定位的必要性。探讨了VLBI技术用于探月卫星单点定位的基本原理及其实现方法。通过算例对模拟数据进行处理,检验了方法的正确性。对结果进行分析,得出一些结论。     

质心误差对分布式InSAR基线确定的影响及消除

高精度星间基线确定是分布式InSAR干涉测量中的关键技术。针对卫星在轨运行期间的质心与地面标校结果不一致问题,仿真分析了星体系x、y、z不同方向1 cm质心误差对InSAR星间基线确定的影响。结果表明:x、y方向的质心误差对基线解算影响很小;z方向的质心误差对基线解算影响显著,使得InSAR基线产品中含有明显的系统误差。提出了两种消除卫星质心误差影响的方法:一是在星载GNSS定轨过程中增加轨道径向的经验加速度予以补偿;二是增加星体系z方向的质心偏差估计。实验结果表明,经两种方法处理后得到的InSAR基线3维误差由8.8 mm分别降至0.13 mm和0.09 mm,98%以上的卫星质心误差影响被消除。     

GPS/BDS卫星摄动力数值分析

由精密星历利用拉格朗日插值公式求二次导数的方法计算了卫星在J2000.0惯性坐标系下的总加速度;利用现有的力模型计算了地球中心引力,地球非球形摄动力,太阳、月球和其他行星的摄动力,地球固体潮摄动力,相对论效应摄动力对GPS/BDS卫星所产生的加速度数值大小;利用G-file里的BERNE太阳光压模型参数计算了GPS卫星太阳光压摄动加速度大小;对GPS/BDS卫星所受的不同摄动力进行了数值分析,对同一摄动力对不同类型卫星的影响进行了数值分析比较。结果表明,现有力模型与GPS/BDS卫星所受的实际作用力仍有一定的差距,不同类型卫星所受摄动力有明显差异,在精密定轨的实际应用中应根据不同类型卫星建立合适的力学模型。     

Comparison of two physical sensor models for satellite images: Position–Rotation model and Orbit–Attitude model

The main objective of this paper is to compare two types of physical sensor models of linear pushbroom satellite images: one that uses position and rotation angles as model parameters and one that uses orbit and attitude angles as model parameters. Comparison is carried out by two accuracy measures: the accuracy of bundle adjustments and the accuracy of estimating exterior orientation parameters. The first measure has been used widely to indicate the mapping accuracy of sensor models. It is argued that the second measure is also important for certain applications. The two types were implemented with different sets of unknown parameters and tested with two KOMPSAT-1 Earth Observing Camera (EOC) scenes and GPS-derived control points. In terms of the first measure the two models produced similar results whereas in terms of the second measure the one based on orbit and attitude outperformed the other. It seems better to use this model if one wishes to retrieve satellite orbit or attitude through bundle adjustments.     

Model improvements and validation of TerraSAR-X precise orbit determination

The radar imaging satellite mission TerraSAR-X requires precisely determined satellite orbits for validating geodetic remote sensing techniques. Since the achieved quality of the operationally derived, reduced-dynamic (RD) orbit solutions limits the capabilities of the synthetic aperture radar (SAR) validation, an effort is made to improve the estimated orbit solutions. This paper discusses the benefits of refined dynamical models on orbit accuracy as well as estimated empirical accelerations and compares different dynamic models in a RD orbit determination. Modeling aspects discussed in the paper include the use of a macro-model for drag and radiation pressure computation, the use of high-quality atmospheric density and wind models as well as the benefit of high-fidelity gravity and ocean tide models. The Sun-synchronous dusk–dawn orbit geometry of TerraSAR-X results in a particular high correlation of solar radiation pressure modeling and estimated normal-direction positions. Furthermore, this mission offers a unique suite of independent sensors for orbit validation. Several parameters serve as quality indicators for the estimated satellite orbit solutions. These include the magnitude of the estimated empirical accelerations, satellite laser ranging (SLR) residuals, and SLR-based orbit corrections. Moreover, the radargrammetric distance measurements of the SAR instrument are selected for assessing the quality of the orbit solutions and compared to the SLR analysis. The use of high-fidelity satellite dynamics models in the RD approach is shown to clearly improve the orbit quality compared to simplified models and loosely constrained empirical accelerations. The estimated empirical accelerations are substantially reduced by 30% in tangential direction when working with the refined dynamical models. Likewise the SLR residuals are reduced from \(-3\,\pm \,17\) to \(2\,\pm \,13\) mm, and the SLR-derived normal-direction position corrections are reduced from 15 to 6 mm, obtained from the 2012–2014 period. The radar range bias is reduced from \(-10.3\) to \(-6.1\) mm with the updated orbit solutions, which coincides with the reduced standard deviation of the SLR residuals. The improvements are mainly driven by the satellite macro-model for the purpose of solar radiation pressure modeling, improved atmospheric density models, and the use of state-of-the-art gravity field models.     

气象卫星发展回顾与展望

回顾了国际气象卫星和中国风云气象卫星的发展,综述了气象卫星在图像解译、定量产品应用和数据同化方面的成就以及辐射校正技术的进步。围绕大气科学,特别是数值天气预报对天基观测的需求,展望了未来气象卫星的技术发展方向。     

导航卫星自主定轨中JPL DE星历的简化使用

导航卫星自主定轨中使用原始JPL DE星历不仅数据量较大,而且不容易编码。文中提出了一种简化的星历使用方法,利用对一定间隔的日月位置进行拉格朗日插值,取代原始星历的切比雪夫多项式拟合方法,可以有效减少上行传递的参数个数。通过实验分析得出,在60 d的自主定轨中使用间隔1 d的月球位置和10 d的太阳位置进行插值,可以在保证导航卫星自主定轨精度的基础上,参数个数从404/808个减少为254个。     

北斗B1C、B2a信号非理想性分析及接收约束建议

卫星导航信号的非理想性会导致不同接收机之间出现测距偏差,是影响卫星导航系统服务精度和完好性的重要因素。首先,针对北斗系统B1C、B2a新体制信号的非理想性进行分析,利用大口径天线采集了全部北斗三号在轨卫星播发的B1C、B2a信号（共27颗卫星）,评估了不同接收带宽、码鉴相间距下测距偏差的大小与变化特点;然后,以双频多星座星基增强服务应用为例,分析了两个信号在相应接收机中的设计约束条件。研究结果发现,在接收机常用的参数范围内,B1C、B2a信号非理想性引入的测距偏差分别不超过0.68 m、0.44 m;在测距偏差小于0.1 m的性能约束下,B1C、B2a信号可用的约束条件参数范围优于国际民航标准草案中的相关要求。