《大气一号》气球卫星轨道倾角变化分析

引起《大气一号》两颗气球卫星（ＤＱ－１Ａ和ＤＱ－１Ｂ）轨道倾角变化的摄动因素主要是太阳光压摄动、大气旋转和日月引力摄动。太阳光压摄动引起气球卫星轨道倾角增大，平均每天变化约０．００１７，大气旋转引起轨道倾角减小，平均每天变化不到０．０００１，但随着高度下降，变化量亦增大，陨落前达０．００２。本文根据卫星轨道摄动理论，给出气球卫星轨道倾角变化的一种定量分析方法，得到的分析结果为：（１）由太阳光压摄动     

CCD测角与激光测距技术综合测定空间目标的轨道

空间目标包括在轨卫星、空间碎片等,对其测定轨是空间攻防和空间利用的重要前提。由于地面测站资源有限,单站测量是目前对空间目标尤其是空间碎片测定轨较常用的方式。卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)技术测量精度很高,可达米级(非合作目标),甚至厘米级(合作目标),但不能单独用于单站短弧定轨;电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)天文定位技术可观测距离较远的目标,但测量精度为角秒级,换算至空间距离不如SLR技术高。两者的联合为空间目标的高精度定位和跟踪提供了可能,并成为未来空间目标地基测量的发展方向。作为空间碎片单站监测的前期工作,对合作目标的单站定轨精度进行了评估。处理了1500 km高AJISAI低轨卫星的实测数据,分析了单站CCD测角和激光测距数据对低轨空间目标的联合定轨能力,并充分考虑两类不同类型观测数据的精度,数据综合时对其进行合理加权。利用全球激光站资料进行精密定轨,并以此作为参考轨道,采用上海佘山站AJISAI卫星2010年、2011年4天6圈的实测激光测距数据,以及CCD测角数据,开展了单站单圈和单站多圈定轨和预报试验。试验结果表明,测距数据的加入对定轨精度和24小时预报精度的改善非常明显,可提高至少一个数量级;单站单圈联合定轨和24小时预报的精度分别为20 m以内及数百米,单站多圈联合定轨和24小时预报的精度分别在米级及数十米。期望实验结果为中国未来的空间碎片望远镜建设提供参考。     

海潮对STARLETTE卫星轨道的摄动

本文选择1976年10月到1977年7月期间,全球对卫星STARLETTE激光测距的连续300天的观测资料,分析了海潮对该卫星轨道的摄动。1.在力学模型计及地球形状、大气阻力、日月引力、太阳辐射压和固体潮的摄动情形下,应用最大熵功率谱和周期图解法分析了所得STARLETTE的轨道倾角的残差。从中可明显地看出,海潮的4个主要分潮波K_1、P_1、K_2和S_2所产生的长周期(长于20天)摄动。2.以计及上述所有摄动并还包括海潮摄动在内的力学模型为基础产生模拟资料(即参考轨迹),然后应用计及上述所有摄动但海潮摄动却除外的力学模型数值积分所得的轨迹去拟合这些模拟资料的方法,估计了海潮对STARLETTE在5天弧段内的位置影响的数量级。     

卫星轨道预报的一种分析方法

人造地球卫星的轨道预报是空间环境监测和实时跟踪测量中一个重要环节，由于监测对象众多，要求精度也不太高，通常采用分析法预报．在已有分析法得到t时刻平均根数的基础上给出一种轨道预报方法，由t时刻的平均根数给出该时刻卫星的位置和速度，在此基础上将地球非球形引力摄动的周期项直接用卫星直角坐标的位置和速度分量表示，这样可以避免在计算轨道根数变化的周期项时出现的奇点问题，从而对根数的选择无特殊要求，可适用于各种轨道，简化预报程序和相应的软件，提高预报效率。     

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。     

日月轨道计算对TLE深空编目目标预报精度的影响

双行根数(Two Line Element, TLE)作为一类广泛使用的空间物体编目数据, 其预报精度和误差特性是TLE编目 在空间碎片研究中所要关注的问题之一. TLE编目需要配合SGP4/SDP4 (Simplified General Perturbations 4/Simplified Deep Space 4)模型进行轨道预报, 对深空物体来说, 主要考虑带谐项$J_2$、$J_3$、$J_4$摄动、 第三体日月摄动和特殊轨道共振问题修正等. 其中, SGP4/SDP4模型第三体摄动计算时, 对日月轨道近似采用了长期进动根数和 简单平运动的方式, 在外推10d时存在约2$^\circ$--3${^\circ     

一种解析定轨方法

本文给出了人造地球卫星轨道计算的一种解析方法,定轨方案中摄动计算考虑了地球引力场非球形摄动的J2,J3,J4的长期项,长周期项,J2短周期项,大气阻力,太阳光压及日月引力摄动的长期项。初始根数改正量估计采用微分轨道改进算法。在定轨迭代收敛后,残差的均方根误差在5″左右,资料使用率超过80%。     

一种近地卫星联合摄动的计算方法

本文提出一种近地卫星联合摄动的计算方法,给出近地卫星轨道在地球形状摄动和大气阻力摄动同量级时的计算公式。它适用于近地点地面高度在160公里≤z_0≤250公里,轨道偏心率在0≤e≤0.01的近地卫星。     

太阳辐射指数F_(10.7)的中期预报方法

在低轨卫星的轨道计算中需要输入太阳辐射指数,它常用来描述太阳活动对高层大气密度的直接影响以及对轨道摄动的间接影响.因此太阳辐射指数的精度将影响轨道预报的精度.以太阳活动27 d短期震荡规律为基础,研究了一种利用135 d的辐射指数历史数据对F_(10.7)进行54 d中期预报的方法,能够预测太阳在未来2个自转周内辐射指数的变化.通过与其他预报方法的比较,表明:(1)该方法显著优于传统的三角函数长期预报法;(2)短期预报7 d时方法略优于美国空间天气预报中心(Space Weather Prediction Center,SWPC)的方法,RMS(Root Mean Square)下降约19%;(3)中期预报27 d时该方法与国内常用的54阶自回归模型精度基本相当,但方法的参数和需要的历史资料都明显减少,在轨道计算中使用更为简便,而且精度稳定,在54 d时预报值和实测值之间的相关系数仍然优于0.92.该方法的特点是只利用辐射指数较少的历史资料,不需要额外的太阳观测资料作支撑,能进行长达54 d的中期预报,为航天任务中的轨道中短期预报提供合理、可靠的辐射指数.     

卫星大气阻力系数的计算公式

本文从阻力系数的理论计算、风洞实验和卫星轨道资料的反测结果,得出卫星在自由分子流和过渡流区域运动时,阻力系数的变化趋势,并给出适合计算卫星大气阻力摄动的阻力系数公式。     

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．     

基于误差发散规律的低轨卫星大气阻力系数计算方法

低轨卫星轨道预报精度受到大气模型和大气阻力系数精度的制约,给一些高精度的空间和航天任务带来不利影响.提出了一种基于沿迹方向误差发散规律的大气阻力系数计算新方法.首先通过理论推导给出低轨卫星轨道预报中沿迹误差发散的分析表达式,定量描述初值误差和模型误差对沿迹误差的综合影响;提出利用定轨段的基本信息,优选预报段所采用的阻力系数,抑制沿迹误差的发散速率,从而降低沿迹方向预报误差的最大值,提高短期预报精度.以400 km附近的GRACE-A卫星的全弧段星载GPS高精度资料为基础,检验了方法的精度和成功率.结果表明:相对于传统的定轨预报方法,新方法能提高24 h短期预报精度约45%,成功率约71%,总体有效率约86%;方法对低、中、高等3种太阳辐射水平均有效,对于中低等级的地磁扰动也有效,具备较好的应用价值.     

两行根数辅助的SLR单站定轨

单站测距资料定轨的困难限制了漫反射SLR(Satellite Laser Ranging)测距资料的应用.为此,提出利用两行根数模拟多站SLR测距资料作为辅助,实现单站SLR测距资料定轨的方法.该方法对卫星Ajisai单站SLR测距资料定轨并生成5 d预报轨道,误差小于40 m,实现利用单站测距资料的轨道改进,验证了方法的可行性.     

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。     

星载加速仪数据在高层大气研究中的应用

<正>地球高层大气是影响近地卫星运动的主要因素之一.自1957年前苏联发射第1颗人造卫星以来,人类一直开展高层大气的研究,建立了一些著名的经验大气模型,在卫星的轨道预报和定轨中发挥了重要作用.但是由于高层大气变化非常复杂,加上早期的资料精度有限,高层大气的一些基础问题尚未完全解决.论文以CHAMP、GRACE-A/B双星加速仪资料(Reigber et al.2001,Tapley et al.2004)为基础,对高层大气的一些问题进行了系统研究.首先给出了加速仪数据的处理方法,大气点密度计算     

人造卫星大气阻力摄动理论的一种计算方法

本文对大气密度的指数函数分析模型,提出了一种新的计算人造卫星大气阻力摄动的方法。它适用于任意偏心率的轨道。用本文简化公式计算,对近地点地面高度160,250,400,1000公里的任意偏心率的卫星,其相对误差分别不大于0.08％,0.16％,0.21％,0.72％。本方法,便于推广到较复杂的大气密度的指数函数分析模型。因此,不仅在理论上是有意义的,而且在实用上可以节省计算机的内存和计算时间,效果是显著的。     

太阳光压模型中面质比误差对IGSO卫星轨道预报的影响分析

太阳光压是影响高轨卫星轨道精密确定的主要因子之一,这种摄动的有效模制将进一步改进卫星轨道的预报精度.主要对太阳光压模型中面质比误差对地球倾斜同步轨道卫星轨道预报的影响进行了分析.20％面质比参数标定误差对地球倾斜同步轨道卫星位置预报影响仿真结果显示:一天内前16h,x、z分量的预报误差幅度相对较小,y分量误差相对较大;一天内最后8h,x、y、z各分量误差发散明显,但z分量的误差发散程度较大.20％面质比参数标定误差对地球倾斜同步轨道卫星速度预报影响仿真结果显示,一天内,x、y、z各分量的预报误差幅度不超过1 mm/s.     

大椭圆空间碎片轨道寿命分析

日月摄动是影响大椭圆空间碎片轨道变化的主要动力学因素.本文推导出了日月摄动引起的大椭圆轨道近地点高度长周期项的分析表达式,对日月摄动引起的近地点变化基本特征进行了分析,并根据这种轨道变化特点给出了有利于空间碎片减缓的发射窗口选择方法,通过仿真计算验证了该选择方法的正确性.     

北斗卫星地球辐射压摄动建模研究

在对卫星所受的非保守摄动力研究中,对太阳辐射压摄动建模的研究发展迅速,而对地球辐射压摄动的研究相对缺乏,特别是其对中高轨卫星轨道影响的研究。在高精度人造卫星轨道确定中,地球辐射压摄动对于具有大面质比的导航卫星的影响越来越不可忽略。针对中国北斗导航卫星,基于地球辐射压的原理和影响机制,探讨了地球辐射压摄动建模的方法。针对北斗导航系统特点,利用地球表层的反照率和红外发射率的分布格网数据,建立了精确的地球辐射压模型,并利用全球MGEX站观测数据和中国区域监测站数据,进行了对北斗卫星引入地球辐射压模型的验证试验,分析了其定轨精度,检验了模型的正确性和可靠性。试验表明,对北斗卫星来说,在加入地球辐射压模型ERPM2(Earth radiation pressure model 2)后,轨道精度比不加入地球辐射压模型提高约4 mm;加入ERPM1模型则相应提高约2 mm。对部分卫星,加入地球辐射压模型后,其轨道精度修正量可达5～10 mm。通过卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)检核发现,加入ERPM2模型后,北斗中轨道地球卫星正常姿态时的轨道径向精度提高3.1 cm,GPS 036卫星轨道径向精度改善0.8～1.4 cm。因此,地球辐射压摄动模型在北斗导航卫星高精度轨道确定研究中具有一定的意义。     

星径向位置摄动计算中的几个问题

为了对卫星轨道径向位置误差进行分析，本文将给出由地球北球形引力位引起的卫星径向摄动表达式。它将同时包含完整的卫星轨道道偏心率的０阶和１阶项，并给出径向位置摄动空间分布的一种简单计算方法，它可明显地节省计算机时。