北斗卫星ECOM光压模型参数选择策略分析

以ECOM经验光压模型为基础,利用北斗卫星3年的精密星历进行轨道拟合,获得了ECOM光压参数的变化规律,给出了北斗3类卫星的ECOM光压参数选择策略。从北斗卫星姿态控制模式出发,通过卫星星体受照分析,指出在北斗卫星地影期零偏航状态下,由于太阳对卫星帆板的不正照,导致与动态偏航姿态相比,光压摄动力存在与轨道周期相关的分量,需要在ECOM 5参数的基础上增加D向周期分量进行吸收。通过MGEX全球网数据定轨试验,本文提出的方法可使零偏段定轨重叠段位置精度提高50%~80%。     

IGSO姿态控制模式切换期间定轨策略研究

我国卫星导航系统IGSO卫星采用动态偏航与零偏航两种姿态控制模式,在太阳矢量与轨道面夹角较小时,采用零偏航。卫星姿态控制模式的切换造成了卫星所受光压力的变化。当处理包含动偏/零偏切换点的数据弧段时,由于卫星精密轨道确定策略及光压模型的不适应,无法用一组光压参数拟合两种状态,造成定轨精度下降。本文提出了利用分段线性模型描述太阳光压的定轨策略,可将定轨重叠弧段URE精度提高75%。解算的光压参数能够反映出两种状态的差异,是解决姿态转换期间轨道确定的有效方法。     

北斗卫星轨道预报精度分析及改进

针对北斗GEO、IGSO、MEO的3种卫星类型和动态偏航、零偏航两种姿态控制模式,进行了以ECOM光压模型为基础的轨道预报精度分析。确定了北斗3类卫星的短期、中期、长期预报光压参数选择策略。采用光压参数修正法,通过对北斗卫星光压参数长期变化规律建模,有效提升了地影段轨道长期预报精度。研究结果可同时服务于北斗卫星轨道确定及历书参数生成。     

北斗卫星姿态偏航控制模式预报

针对精密定轨中需要精确获取不同姿态控制模式起止时间的问题,研究了北斗导航卫星不同姿态控制模式的预报方法。首先介绍了姿态控制模式的定义以及国内外导航卫星采用的姿控模式;然后利用矢量分析法研究分析了动偏、零偏与连续动偏控制及其预报方法,并编写了一套姿控模式预报程序;最后利用北斗卫星的实测数据进行了试验分析。结果表明:北斗姿态控制模式预报精度优于1 min;连续动偏机动持续约40 min,对卫星的有效观测弧段影响小于1 h。     

偏航姿态对北斗精密单点定位的影响分析

当太阳相对于卫星轨道面的高度角较小时,北斗导航卫星将不会跟踪太阳位置,卫星姿态发生异常复杂的变化后一段时间内处于零偏模式。在此期间采用名义姿态将影响卫星天线相位中心偏差、相位缠绕等误差计算,进而使精密单点定位(PPP)参数估计和天顶对流层延迟估计出现偏差。研究表明,在北斗导航卫星处于零偏期间,采用名义姿态计算的相位缠绕、天线相位中心偏差中存在超过15cm的误差。在此期间的北斗卫星采用零偏姿态改正相位缠绕等误差,与采用名义姿态相比,动态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高53.2%、54.2%、39.3%,静态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高61.0%、72.3%、58.4%,天顶对流层延迟估计精度提高33.0%。     

GPS/GALILEO偏航姿态异常对动态PPP的影响及其改正模型

当GPS、GALILEO卫星运行至与太阳、地球近似共线时,卫星很难维持名义姿态,将出现一段时间的偏航姿态异常。本文基于不同分析中心所提供的精密轨道和钟差产品,在卫星偏航姿态异常时期,设计不同姿态改正策略,选取全球分布的7个MGEX站10 d实测数据,分析了GPS、GALILEO卫星的天线相位中心改正、相位缠绕改正对观测值残差及动态PPP定位结果的影响。研究表明,在卫星偏航姿态异常时期,采用名义偏航姿态对GPS、GALILEO卫星观测值残差的影响可分别达到8和11 cm,在此期间,GPS/GALILEO卫星采用模型偏航姿态,与采用名义偏航姿态相比,动态PPP的E、N、U 3个方向的定位精度可分别提高13.30%、15.77%和12.98%,相较于剔除卫星策略,采用模型偏航姿态的动态PPP定位精度在E、N、U方向可分别提高5.399%、4.430%、5.992%。     

姿态模式切换期间QZSS卫星轨道及其钟差产品特性分析

导航卫星姿态控制模式切换对精密定轨解算得到的轨道和钟差均有较大影响。本文首先从理论上分析了卫星偏航姿态及其对精密定轨的影响,然后分别以卫星激光测距检核和钟差多项式拟合的方法对IGS MGEX分析中心的QZSS卫星轨道和钟差产品精度进行评价,最后以谱分析方法和改进阿伦方差揭示了卫星钟差的周期特性。基于2014年全年的QZSS卫星轨道和钟差产品的研究表明,一年内有两次长约20 d的地影季,太阳角呈现半年周期的波动;QZSS卫星在低太阳角时有零偏保护,其卫星轨道和钟差精度都与太阳角有显著相关性;卫星钟差具有与轨道周期相近的周期项,且周期项振幅与太阳角的大小也具有相关性,表明现有的定轨策略存在不足。考虑到QZSS与目前北斗星座中IGSO和MEO卫星姿态控制模式的相似性,该结论对于研究我国BDS姿态切换期间的精密定轨有一定参考价值。     

北斗卫星太阳光压解析模型建立及应用

光压模型是导航卫星高精度定轨、定位的基础。目前关于北斗卫星光压摄动模型的研究并不少见,但基于卫星物理参数的综合解析模型建立与应用公开可见的论述并不多见。不同于其他保守和非保守摄动力,光压辐射与卫星本身参数状态密切相关,具有明显的个体差异性。本文基于光压辐射的物理机理、北斗卫星物理参数、姿态控制模式等,建立光压摄动综合解析模型,以精密星历和激光测距数据为基准,验证了综合解析模型能够获得分米级的精密定轨精度。在此基础上,根据卫星角动量守恒和在轨遥测参数变化,分析了综合解析模型和在轨实际干扰力的差值,提出了在综合解析模型基础上增加常数经验修正项Da、Ya的方法,以北斗C08、C10星为例,分别可获得0.078、0.084 m的SLR检核精度,相比于利用CODE经验改进模型,精度分别提高0.021、0.045 m。     

不同姿态控制模式下的北斗卫星定轨策略研究

北斗卫星的姿态控制分为动态偏置、零偏置和连续动偏3种,不同类型卫星、不同姿态控制模式、不同时段下定轨精度不一致,影响了北斗系统的连续性。详细研究了北斗不同类型卫星在不同姿态控制模式下的最优定轨策略,并基于实测数据进行试验,结果表明,BeiDou-2 IGSO（inclined geosynchronous orbit）/MEO（medium earth orbit）卫星采用基于星地钟差约束下多星定轨方法和ECOM（extended CODE model）5参数模型相结合的方法定轨精度最优,零偏期间,用户等效距离误差值为2.08 m,全球激光评估轨道视向精度约为1 m;BeiDou-3 IGSO/MEO卫星采用常规多星定轨和ECOM 5参数模型相结合的方法定轨精度最优;连续动偏期间,用户等效距离误差值为1.22 m,全球激光评估轨道视向精度为0.23 m,与动偏期间精度一致;GEO（geostationary earth orbit）卫星在春秋分附近时段采用基于星地钟差约束下多星定轨方法和ECOM 9参数模型相结合的方法定轨精度最优,用户等效距离误差值为0.72 m。     

基本导航模式下BDS-3卫星地影期间的定轨精度分析

2015年以来陆续发射入轨的北斗全球卫星导航系统(简称北斗三号系统,BeiDou global navigation satellite system,BDS-3)卫星,其姿态控制增加了连续动态偏置模式,为研究BDS-3卫星在地影期间的定轨精度提供了条件。首先利用ECOM (empirical CODE(Center for Orbit Determination in Europe) orbit model)系列模型评估了BDS-3卫星的光压摄动建模精度和定轨精度,同时以轨道重叠弧段精度、用户等效距离误差(user equivalent range error,UERE)、卫星激光测距(satellite laser ranging, SLR)残差和定位精度为指标,对基本导航模式下BDS-3卫星的定轨精度进行了评估。然后基于北斗60余天的实测数据进行了实验,结果表明,BDS-3卫星克服了区域系统卫星在姿态控制模式转换期间定轨精度下降的问题,其定轨精度与动态偏置期间定轨和预报精度相当,仅下降2～3 cm,定位精度下降1 cm,这与目前北斗的定轨精度和定位精度相比,可以忽略。进一步的分析表明,采用ECOM 5参数光压模型,连续动偏期间的轨道重叠弧段精度为0.26 m,预报2 h的UERE均方根降低至1.22 m,SLR残差的均方根小于0.31 m,大大提升了北斗系统的可用性。     

航天器轨道向导式设计器的设计与实现

航天器轨道设计因卫星应用目的和总体设计方案的不同而灵活多样。文中在对航天器轨道设计方法归纳总结的基础上,采用组件方式设计了向导式轨道设计器。该设计器能够实现太阳同步轨道等典型轨道的初始轨道设计任务,通过与卫星工具软件(STK)设计结果的比较,验证了设计器的正确性。     

航天器轨道向导式设计器的设计与实现

航天器轨道设计因卫星应用目的和总体设计方案的不同而灵活多样.文中在对航天器轨道设计方法归纳总结的基础上,采用组件方式设计了向导式轨道设计器.该设计器能够实现太阳同步轨道等典型轨道的初始轨道设计任务,通过与卫星工具软件(STK)设计结果的比较,验证了设计器的正确性.     

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。     

GPS卫星精密定轨中的摄动力分析

在介绍各种摄动模型的基础上,将IGS提供的SP3精密星历作为几何轨道,应用不同的摄动模型进行几何轨道平滑,求得卫星轨道的动力学参数,再用动力学参数积分求定卫星的轨道,将其与IGS提供的SP3精密星历进行比较,从而详细分析每一种摄动力对GPS轨道影响的量级,而且说明建立的GPS卫星轨道的摄动模型是比较准确的。     

北斗卫星超短弧运动学定轨方法优化与试验分析

针对北斗卫星姿轨控后的轨道快速确定难题,系统地研究了基于多项式拟合和基于星历拟合两种运动学定轨方法,推导建立了相应的运动学定轨模型。同时针对接收机系统差和顽固多径问题,利用基于并置比对的接收机系统差解算方法和CNMC的多径削弱方法,实现了超短弧跟踪条件下接收机数据质量的有效控制。利用北斗GEO/IGSO/MEO卫星的实测伪距数据进行了试验验证,结果表明在10min超短弧跟踪条件下,GEO、IGSO和MEO卫星的运动学定轨位置精度分别为3.27m、8.19m和5.90m,实现了超短弧跟踪条件下的北斗卫星快速定轨,满足了卫星机动期间的北斗RDSS服务对轨道精度的需求,为北斗RDSS服务走向全球提供了技术支撑。     

SVLBI用于大地测量的卫星轨道及其跟踪网设计(英文)

SVLBI （space very long baseline interferometry） has some important potential applications in geodesy and geodynamics, for which one of the most difficult tasks is to precisely determine the orbit of an SVLBI satellite. This work studies several technologies that will possibly be able to determine the orbit of a space VLBI satellite. Then, according to the types and charac- teristics of the satellite and the requirements for geodetic study and the geometry of the GNSS （GPS, GALILEO） satellite to track the space VLBI satellite, the six Keplerian elements of the SVLBI satellite （TEST-SVLBI） are determined. A program is designed to analyze the coverage area of space of different altitudes by the stations of the network, with which the tracking network of TEST-SVLBI is designed. The efficiency of tracking TEST-SVLBI by the network is studied, and the results are presented.     

星载合成孔径雷达构像方程及其应用于轨道精化的研究

星载合成孔径雷达构像方程是地理编码、立体测量、影像定位等几何处理的基础。本文首先讨论了构像方程的参数选择,在充分考虑轨道物理模型及摄动力影响的基础上,提出了一套改进的轨道模型参数。从距离方程及多普勒方程出发,详细推导了包含轨道模型参数及成像处理参数的星载SAR构像方程。作为构像方程的一个具体应用,本文研究了星载SAR影像的轨道精化问题。将构像方程线性化,对每个地面控制点列出误差方程,可以用类似于航空影像的空间后方交会的方式精确求解轨道模型参数。试验中从1∶5万地形图上量取了5个地面控制点,对一景Radarsat SAR影像进行了轨道精化。比较发现,头文件提供的轨道与精化的轨道之间有约2km的位置差异,用精化的轨道数据得到了高精度的几何校正结果。它间接地表明了轨道精化算法的正确可行。     

GPS卫星机动变轨的特性分析

随着GPS技术的广泛应用和日趋成熟,使我们能够随时获取所需要的信息。为了保证实时应用的准确性和完备性,我们需要分析GPS卫星变轨的特性,进而减小数据处理的误差。     

GPS卫星精密星历的实时确定

建立了一种GPS卫星实时轨道确定的新算法。该算法用法方程叠加方法更新卫星轨道参数,然后根据卫星轨道与卫星轨道参数之间的数值微分关系计算新的卫星轨道,并详细分析了用中国GPS跟踪网数据实时定轨的结果。     

导航卫星自主定轨的算法研究及模拟结果

讨论了利用卫星-卫星间的距离观测值建立导航卫星系统自主定轨的数学方法，并用GPS星座模拟星间观测值，采用滤波算法计算卫星的状态参数。模拟结果表明，在空间测距精度一定的情况下，自主定轨精度能高于GPS广播星历，因而能较精确地维持卫星系统的坐标框架。