基于B spline和正则化算法的低轨卫星轨道平滑

本文提出了一个利用纯几何轨道和力模型的新算法来计算精确且相对平滑的卫星轨道. 该法将一个纯几何轨道表达为一个B spline的线性组合，线性组合的系数可以由最小二乘法估计获得. 力模型通过计算加速度来附加约束. 为了平衡几何轨道的点位误差和加速度的不精确，一个基于“广义交互确认（GCV，generalized cross validation）”的正则化算法运用其中. 由于B spline的本地控制性，该方法的计算效率相当高. 本文的数值分析表明了该法的有效性. 模拟计算的结论是：带加速度约束较不带加速度约束的平滑效果好. 力模型越精确，平滑的轨道就越精确. 三个月的CHAMP实测轨道数据处理结果表明，平滑后的轨道改进了重力场模型.     

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.     

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.     

Determination of the Orientation of an Artificial Satellite from Magnetic Field Data in Orbit

Geomagnetism and Aeronomy - At present, the determination of the position of satellite axes from data obtained via measurement of the magnetic field in orbit is an urgent task. This task is...     

基于星载GPS的HY-2卫星高精度精密定轨模拟研究(英文)

HY-2卫星是我国第一颗测高卫星,其径向定轨精度要求厘米量级,搭载了星载GPS接收机。目前HY-2还处于测试阶段,没有公布观测数据。为了确定基于星载GPS的HY-2精密定轨流程及其定轨精度,本文模拟了HY-2卫星星载GPS观测数据,结果表明HY-2星载GPS天线每个历元至少观测7颗GPS卫星。给出了基于星载GPS的精密定轨流程,分别采用简化动力学方法和动态几何法进行了精密定轨实验。对于相位1mm和3mm随机误差的相位观测数据,简化动力学法和动态几何法定轨都能够实现厘米量级的径向精密定轨,几何法定轨精度略低于简化动力定轨。地球重力场模型是影响HY-2卫星精密定轨的重要因素,本文对不同阶次的重力场模型EIGEN2、EGM96、TEG4和GEMT3进行了简化动力学定轨实验,高于50阶次的重力场模型都能够实现厘米级径向精密定轨,主要原因在于大量的高精度星载GPS观测数据和重力场模型精度的提高。     

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.     

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.     

基于重力卫星几何轨道线性化的地球重力场反演方法

传统动力学法的观测方程以6个初始轨道参数和先验力模型为初值进行线性化,其线性化误差随积分弧长拉长而增大.本文直接以重力卫星的几何观测轨道为初值进行线性化,其线性化误差与轨道弧长无关,且不需要初始重力场模型和初始轨道参数.导出了基于卫星轨道观测值反演重力场模型的相关公式,利用JPL公布的RL02版本2008年全年的GRACE双星轨道数据和加速度计数据解算了90阶次的地球重力场模型TJGRACE01S,并以EGM2008模型为基准与其他模型进行了比较分析,结果表明:TJGRACE01S模型直到90阶次的大地水准面累积误差为17.6 cm,优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型,前27阶位系数整体精度优于EIGEN-GRACE01S,前15阶位系数整体精度与EIGEN-GRACE02S模型精度大致相当.利用美国8221个GPS水准点数据的分析结果也表明,本文模型也优于同阶次的EIGEN-CHAMP03S和EIGEN-CHAMP05S模型.     

基于绕月单卫星和双星测量的月球重力场恢复仿真分析

月球重力场是月球科学研究的重要部分,是进一步了解月球内部结构和构造的基础,也是我国探月计划“嫦娥工程”一个重要的科学研究内容.本文针对“嫦娥工程”,利用GSFC/NASA/USA的GEODYNII/SOLVE轨道分析软件,分析计算了利用单星跟踪数据恢复月球重力场的能力,同时模拟计算了双星跟踪数据在恢复月球重力场方面的能力,结合可能的工程环境我们对两种情况分别给出了30天、60天和90天的计算结果.计算表明双星相比于单星对月球重力场的中低阶位系数有比较显著的改善.     

引力梯度归算的模拟计算

引入引力梯度不变量后可将GOCE卫星观测数据简化成扰动位的径向二阶导数边界条件,由于卫星轨道不规则性给解算带来了很大的困难,因此解算过程中需要将在轨道上建立的边界条件延拓到如平均球面这样的规则曲面上来,由此便需要对引力梯度的延拓或归算等问题展开研究.本文依据Taylor展开讨论了引力梯度的归算方法,并针对EGM2008...     

电离层GPS掩星观测改正TEC反演方法

电离层掩星观测中,当低轨卫星（LEO）轨道高度较低时,轨道以上的电离层电子总含量（TEC）对掩星反演的影响不能忽略.目前,一般采用指数函数等外推方法来处理该问题,对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度,本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据,分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演,将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明：对于轨道高度约800km的GPS/MET掩星模拟数据,外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致;对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据,外推方法误差较大,改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS/MET实测数据的反演,取得了合理的结果.这些说明,改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法,尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用.     

磁层顶压缩事件的磁场分析

向日面磁层顶在平静太阳风条件下,处于10RE（RE为地球半径）左右．但在异常的太阳风条件下,即南向行星际磁场很强和（或）太阳风的动压很大时,会被压缩,甚至到达同步轨道附近．集中分析2001年4月11日的磁暴事件,研究当磁层顶发生强烈压缩以后。在地球空间和地面上产生的磁场影响．磁层顶位形选取Shue（1998）模型计算．当把计算结果与GOESl0卫星的观测数据对比时发现：磁层顶在强的太阳风条件下的确会被压缩到同步轨道以内．Shue（1998）模型的预测基本正确,通常的漏报可能是由于预报的位置误差所致．实际磁层顶电流片的位置和强度与我们假设的理想磁层顶间断面计算结果基本吻合．在分析大磁暴过程时,磁层顶压缩使磁层顶电流对于中低纬度地磁场扰动有突出的贡献,在2001年4月事件中,这个贡献可以大于50nT,占主相的1／6左右．这一贡献可以使Dst指数产生相应的误差．     

Classification of Harmonic Functions in the Exterior of a Unit Sphere and Its Application to the Description of the External Magnetic Field of the Earth

Geomagnetism and Aeronomy - The magnetic fields of a subterranean source observed on the Earth’s surface or from the orbit of a satellite are studied. We analyze the space of all harmonic...     

Synthetically adaptive robust filtering for satellite orbit determination

The precise orbit information is the premise of the application of satellite, and the precise orbit deter- mination includes dynamic and geometric methods. The dynamic method estimates the position and veloc-ity of a satellite at one epoch by extending the obser-vational arc in order to include more observations of different epochs in it. It is realized by integrating the dynamic equation of the satellite so that the observa-tions at different epochs are related to the particular state. The dy…     

适用于重力任务的卫星编队轨道参数研究

从满足重力卫星编队的轨道根数条件出发, 通过全过程动力法仿真实验, 计算得出了满足串联编队(GRACE-type)、 钟摆编队(Pendulum-type)和车轮编队(Cartwheel-type)这三种卫星编队模式稳定在轨的轨道参数, 并验证了其稳定性。 同时, 深入分析了各种卫星编队模式对于重力卫星任务的适用性, 结果表明, 同时包含两个方向观测量的Pendulum-type编队和Cartwheel-type编队, 能够在一定程度上克服GRACE-type编队中存在的由单一星间观测量的强相关性导致的重力场各向异性敏感度问题, 是理论上更适合重力探测任务的卫星编队模式。     

DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探

为充分利用法国DEMETER地震电磁卫星中心提供的磁场波形数据对地震事件进行分析研究,详细介绍了峰度演化方法,并对峰度演化方法的有效性进行了检验.最后将峰度演化方法应用于汶川地震前后DEMETER卫星所记录到的实际数据.分析研究发现.所采用的方法能够较好的处理DEMETER卫星记录到的磁场波形数据:汶川地震发生之前较长...     

SYNTHETIC APERTURE RADAR:A NEW APPLICATION FOR WAVE EQUATION TECHNIQUES1

The techniques of downward continuation and imaging invented for seismic waves can be applied to other types of waves. We show how they can be applied to electromagnetic surveys conducted with Synthetic Aperture Radar (SAR). The algorithms used closely follow those used for seismic waves. Differences are induced by alternate wavelengths, wave velocities, distances between sources and reflectors, etc. We analyse in detail a survey carried out using a satellite; difficulties arise from because the orbit of the satellite cannot be approximated by a simple straight line if the spatial resolution of the survey is high. We determine appropriate techniques for the correction of the distortion induced by the latter and we delimit the resolution of the observed data, as seen from a satellite. Finally we show examples of the application of the technique of seismic migration to satellite data that were irradiated to Earth during the short but productive life of Seasat .     

Contributions of Satellite Laser Ranging to Past and Future Radar Altimetry Missions

Satellite laser ranging (SLR) has proven avery efficient method for contributingto the tracking of altimetric satellites anddetermining accurately their orbitalthough hampered by the non-worldwide coverageand the meteorologicalconditions. Indeed, in some cases it is the onlymethod available to determinethe satellite orbit (e.g., the orbits of the ERS-1and Geosat-Follow-On missions).Moreover, any operational and non-weather dependenttechniques, like GPS,DORIS, PRARE, can exhibit systematic errors inpositioning and orbitography. Acomparison with SLR results allows to evidence sucherrors and vice versa. Fordoing that, two different approaches for determiningprecise orbits can beconsidered: one based on global orbit determination,the other on a short-arctechnique used to locally improve a global orbitdetermined by another trackingtechniques, such as DORIS or GPS. We can thusvalidate a global orbit andachieve orbit quality control to a level of2 to 3 centimeters at present and expectto achieve a level of 1 to 2 centimeters inthe near future. Errors induced bystation coordinates or by the gravity field(geographically correlated errors, forexample) can be estimated from SLR tracking data.Colocation experiments withdifferent techniques in the same geodetic siteplay also a key role to ensure preciserelationships between the geodetic referenceframes linked to each technique. Inparticular, the role of the SLR technique is tostrengthen the vertical component(including velocity) of the positioning, whichis crucial for altimetry missions.The role of SLR data in the modelling of the firstterms of the gravity field has finally to be emphasized,which is of primary importance in orbitography,whatever the tracking technique used.Another application of SLR technology is thesatellite altimeter calibration. Examples of past calibrationand future experiments are given, including theaccuracy we can expect from the Jason-1 and EnviSatspace oceanography missions.     

应用LP165P模型分析月球重力场特征及其对绕月卫星轨道的影响

通过现有的最新月球重力场模型LP165P和GLGM 2模型对月球重力场的特征进行了分析,计算了相应重力场的阶方差,给出了两种模型在月球外部空间不同高度上的重力异常分布图,分析比较了截断至不同阶次的月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异.此外,利用GSFC/NASA/USA的GEODYNⅡ轨道分析软件模拟计算了不同高度处卫星的轨道变化,得出了在进行一定高度的轨道计算时,可以对重力场模型进行适当截断的结论.     

模拟分析低低跟踪模式重力卫星反演地球重力场的精度

本文利用卫星重力反演与模拟软件ANGELS系统(ANalyst of Gravity Estimation with Low-orbit Satellites)对低低跟踪模式的重力卫星的关键载荷精度指标进行了深入分析.模拟结果表明:(1)对短弧长积分法而言,在低低跟踪模式的关键载荷精度指标中,重力场反演精度对星间距离变率精度最为敏感;(2)通过对目前在轨运行GRACE的载荷指标进行分析,发现轨道数据的误差主要影响重力场的低阶部分(约小于25阶),较高阶次部分(约大于26阶)主要受星间距离变率的误差限制;(3)如果下一代低低跟踪模式的重力卫星的目标之一是把重力异常反演精度较GRACE提高约10倍,则在保持轨道高度和GRACE相同的前提下,轨道、星间距离变率和星载加速度计等关键载荷指标需要达到的最低精度分别约为2cm、10nm·s-1和3.0×10-10 m·s-2;(4)轨道精度和混频误差将是影响下一代低低跟踪模式重力卫星重力场恢复能力进一步提高的主要制约因素,距离变率精度和加速度计精度存在盈余.