LEO卫星轨道预报精度分析

利用动力学拟合法,以HY-2A卫星为例分析不同拟合区间对预报不同弧长的轨道精度的影响。基于CNES提供的事后精密星历和采用非差简化动力学方法获得的厘米级快速轨道两种产品,进行卫星轨道预报。结果表明:采用24 h和12 h拟合区间分别预报12 h轨道时,其3DRMS优于6 dm;当预报24 h轨道时,3DRMS优于1 m。     

基于动力学轨道拟合的LEO卫星轨道预报精度分析

轨道预报是地球探测卫星顺利执行科学任务的一个重要环节。为了实现对低轨卫星长弧段、高精度的轨道预报,文中运用动力学轨道拟合的方法进行轨道预报。选用GRACE A卫星、HY 2A卫星和JASON 2卫星为例进行预报处理,分析了卫星的轨道高度和拟合弧长对轨道预报结果的影响。结果表明,GRACE A卫星预报4 h和8 h轨道的3D RMS分别优于3 m和10 m,HY 2A卫星和JASON 2预报4 h轨道的3D RMS分别优于2 dm和1 dm,24 h轨道预报结果3D RMS分别优于2.5 m和2 m.      

不同轨道类型LEO卫星轨道拟合及预报精度研究

低轨道地球卫星(LEO)的精度直接影响到LEO卫星的应用领域,因此研究合适的模型提高LEO卫星轨道插值/预报精度是一项很有意义且必要的工作. 本文详细研究了滑动切比雪夫多项式、克里金算法在不同类型LEO轨道的拟合、预报精度. 结果表明:采用合适的拟合策略,两种算法均能获得毫米级的插值精度;相较于滑动切比雪夫多项式,克里金算法拟合轨道的空间误差分布更为集中,未随着历元变化出现大幅波动. 克里金算法预报轨道的精度低于滑动切比雪夫多项式;采用克里金算法预报60 s,各颗LEO卫星轨道预报的精度在1~2.5 m;采用滑动切比雪夫多项式预报120 s,各颗LEO卫星可获得优于5 m的轨道精度.      

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。     

ZY-3卫星轨道拟合与预报精度分析

卫星轨道作为构建高分辨率遥感影像严密几何成像模型的必要参数,其精度对卫星影像几何定位精度有直接影响,故研究如何获取卫星成像时刻的精确位置具有重要意义.本文分别基于最佳平方逼近多项式和最佳一致逼近多项式对ZY-3卫星实时轨道与事后精密轨道进行拟合与平滑,进一步探讨实时轨道预报的可行性.研究结果表明,最佳平方逼近多项式拟合结果明显优于最佳一致逼近多项式拟合结果,且事后精密轨道拟合精度为厘米级,可以改善并提高实时轨道精度及进行轨道短期预报,为遥感影像高精度几何处理提供精确可靠的外方位线元素.     

低轨卫星导航增强系统半物理仿真平台设计与验证CSCD

低轨道地球卫星(LEO)具有相对地面几何构型变化快、播发信号链路损耗小等优点.随着低轨卫星载荷研制与发射成本的逐渐降低,低轨卫星导航增强技术成为当前卫星导航领域的研究热点.目前国内外的低轨导航增强技术研究均处于起步阶段,没有成熟的低轨卫星导航星座,缺乏有效的低轨导航增强系统的服务性能验证手段.文中开展对低轨导航卫星轨道外推方法、低轨卫星信号捕获跟踪技术的研究,设计构建低轨导航增强系统半物理仿真平台.在仿真平台的基础上对北斗/低轨增强系统组合应用的高精度快速精密定位方法进行验证,实现了精密单点定位(PPP)的快速收敛且具有较高的内符合精度,对于低轨卫星导航增强系统的建设与应用具有一定的科学与工程价值.     

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征,并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道,利用轨道积分和轨道拟合的方法,研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以及虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。     

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。     

基于移动终端广播星历的自主轨道预报及精度分析

首次定位时间(TTFF)是衡量GPS接收机性能的一个重要指标, 其中以广播星历搜集最为耗时, 预先提供广播星历可使TTFF减短至几秒, 并提高接收终端灵敏度, 减少功耗。对此, 本文给出了一种基于移动终端广播星历的自主轨道预报方法, 并对移动终端卫星轨道预报方法与模型、EOP参数的长期预报及精化光压模型等关键问题进行了分析, 通过GPS广播星历数据实测分析表明,当拟合弧段仅有1 d时, 可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别在10 m以内、57 m左右和120 m左右;当拟合弧段有2~5 d时, 可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别降至5 m以内、23 m以内和64 m以内, 若拟合弧段保持在6~8 d, 可使预报1 d、7 d、14 d的SISRE分别达3 m左右、15 m左右和30 m左右;当拟合弧长大于8 d时预报精度趋向稳定。     

低轨导航增强卫星的轨道状态型星历参数设计

导航增强卫星从高轨拓展到低轨,需要设计可靠的低轨道LEO广播星历参数。GLONASS广播星历模型能够利用9个状态参数高精度描述30min内中高轨卫星的摄动运动,但不能直接用于低轨卫星。为了适应LEO的摄动力的短期快变化,设计了基于轨道状态型的21参数广播星历模型。分析了低轨卫星主要摄动力的短期变化规律,选取了二次多项式和基于轨道半周期的三角函数来补偿大气阻力等主要摄动在3个方向上的累计。基于星历拟合试验讨论了拟合参数个数、拟合时段和数据间隔对500~1200km轨道高度的LEO圆轨道的拟合精度影响。试验表明,当拟合时段为20min(约1/5个轨道周期)时,轨道高度大于700km的近圆轨道,拟合用户距离误差(FURE)精度优于0.05m;高度为1000km时,FURE平均精度达到0.03m。     

GRACE卫星非差精密定轨精度分析

随着星载GPS接收机性能和精密轨道、钟差产品精度的提高,星载GPS观测技术已成为确定CHAMP、GRACE和GOCE等低轨卫星精密轨道的重要手段。文章以GRACE卫星为例,分别利用非差弱动力法和非差运动学方法精密确定其轨道,并将结果和美国喷气动力实验室(JPL)事后精密轨道对比。结果表明:GRACE卫星非差弱动力法和非差运动学定轨精度均可达到厘米级;在使用相同的星历、钟差等产品时,弱动力法定轨精度略微优于运动学方法。此外,本文采用超快预报精密星历实时确定GRACE卫星轨道时精度也优于10cm。     

GPS精密星历的外推精度分析

列出了轨道拟合和轨道外推所用的摄动力模型,讨论了轨道拟合和轨道积分的过程。利用轨道拟合的方法拟合出高精度的初始轨道参数,在此基础上外推7天的轨道,将结果与IGS提供的最终星历比较,得出GPS轨道的外推精度:每颗卫星都是切向误差最显著,径向和法向的误差不明显;星蚀卫星的轨道外推精度明显低于一般卫星;问题卫星的轨道外推误差特别大。     

Antenna phase center calibration for precise positioning of LEO satellites

Phase center variations of the receiver and transmitter antenna constitute a remaining uncertainty in the high precision orbit determination (POD) of low Earth orbit (LEO) satellites using GPS measurements. Triggered by the adoption of absolute phase patterns in the IGS processing standards, a calibration of the Sensor Systems S67-1575-14 antenna with GFZ choke ring has been conducted that serves as POD antenna on various geodetic satellites such as CHAMP, GRACE and TerraSAR-X. Nominal phase patterns have been obtained with a robotic measurement system in a field campaign and the results were used to assess the impact of receiver antenna phase patterns on the achievable positioning accuracy. Along with this, phase center distortions in the actual spacecraft environment were characterized based on POD carrier phase residuals for the GRACE and TerraSAR-X missions. It is shown that the combined ground and in-flight calibration can improve the carrier phase modeling accuracy to a level of 4 mm which is close to the pure receiver noise. A 3.5 cm (3D rms) consistency of kinematic and reduced dynamic orbit determination solutions is achieved for TerraSAR-X, which presumably reflects the limitations of presently available GPS ephemeris products. The reduced dynamic solutions themselves match the observations of high grade satellite laser ranging stations to 1.5 cm but are potentially affected by cross-track biases at the cm-level. With respect to the GPS based relative navigation of TerraSAR-X/TanDEM-X formation, the in-flight calibration of the antenna phase patterns is considered essential for an accurate modeling of differential carrier phase measurements and a mm level baseline reconstruction.

北斗卫星轨道预报模型对比

针对关于北斗卫星轨道预报的研究远不如全球定位系统卫星的现状,该文基于双行星历的SDP4模型、基于高精度轨道外推模型、基于Bern光压模型的自编动力学模型等3种方法,对北斗导航系统的3类卫星(地球静止轨道卫星/倾斜地球同步轨道卫星/中地球轨道卫星)进行轨道预报;并对比了Trimble公司的接收机历书星历和德国地学中心发布的北斗精密星历对模型的预报精度,研究了不同模型的预报特点;最后对不同预报期下的预报轨道可以使用的领域提出了建议。     

Precise orbit determination for LEO satellites:single-receiver ambiguity resolution using GREAT products

In recent years, the large Low Earth Orbit (LEO) constellations have become a hot topic due to their great potential to improve the Global Navigation Satellite ...     

Swarm系列卫星非差运动学厘米级精密定轨

采用2015年5月24日—30日的Swarm星载GPS双频观测数据,基于Melbourne-Wübbena(MW)和消电离层线性组合,在精密单点定位技术的基础上,采用批处理最小二乘估计法对不同轨道高度的Swarm系列卫星进行非差运动学精密定轨。利用星载GPS相位观测值残差、与欧空局发布的简化动力学轨道对比,以及SLR检核3种方法对Swarm系列卫星非差运动学定轨结果进行精度评估。结果表明:①Swarm系列卫星星载GPS相位观测值残差RMS为6~7 mm;②与欧空局发布的简化动力学轨道进行求差,径向、切向及法向轨道差值RMS为2~4 cm;③与欧空局发布的运动学轨道进行求差,径向、切向及法向轨道差值RMS为1~2 cm;④SLR检核结果表明Swarm-A/B/C卫星轨道精度为3~4 cm。因此,采用非差运动学定轨方法与本文提供的定轨策略进行Swarm系列卫星精密定轨是切实可行的,定轨精度为厘米级。     

Rapid orbit determination of LEO satellites using IGS clock and ephemeris products

Different types of GPS clock and orbit data provided by the International GPS Service (IGS) have been used to assess the accuracy of rapid orbit determination for satellites in low Earth orbit (LEO) using spaceborne GPS measurements. To avoid the need for reference measurements from ground-based reference receivers, the analysis is based on an undifferenced processing of GPS code and carrier-phase measurements. Special attention is therefore given to the quality of GPS clock data that directly affects the resulting orbit determination accuracy. Interpolation of clock data from the available 15 min grid points is identified as a limiting factor in the use of IGS ultra-rapid ephemerides. Despite this restriction, a 10-cm orbit determination accuracy can be obtained with these products data as demonstrated for the GRACE-B spacecraft during selected data arcs between 2002 and 2004. This performance may be compared with a 5-cm orbit determination accuracy achievable with IGS rapid and final products using 5 min clock samples. For improved accuracy, high-rate (30 s) clock solutions are recommended that are presently only available from individual IGS centers. Likewise, a reduced latency and more frequent updates of IGS ultra-rapid ephemerides are desirable to meet the requirements of upcoming satellite missions for near real-time and precise orbit determination.     

Reducing Influence of Gravity Model Error in Precise Orbit Determination of Low Earth Orbit Satellites

Based on the orbit integration and orbit fitting method, the influence of the characters of the gravity model, with different precisions, on the movement of low Earth orbit satellites was studied. The way and the effect of absorbing the influence of gravity model error on CHAMP and GRACE satellite orbits, using linear and periodical empirical acceleration models and the so-called "pseudo-stochastic pulses" model, were also analyzed.     

Reducing influence of gravity model error in precise orbit determination of low Earth orbit satellites

Based on the orbit integration and orbit fitting method, the influence of the characters of the gravity model, with different precisions, on the movement of low Earth orbit satellites was studied. The way and the effect of absorbing the influence of gravity model error on CHAMP and GRACE satellite orbits, using linear and periodical empirical acceleration models and the so-called “pseudo-stochastic pulses” model, were also analyzed.     

傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位

针对目前多数低轨道地球卫星(LEO)设计处于初步论证阶段,LEO轨道无法精确获取,轨道误差难以准确表述的问题,提出了一种傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO精密单点定位(PPP)分析方法.该方法根据LEO精密定轨后的轨道误差呈现准周期正弦特性,利用傅里叶级数拟合LEO轨道误差,并仿真生成LEO观测数据...