VLBI在GEO卫星精密定轨中的应用

影响GEO轨道确定精度的原因主要有两方面:一是高轨卫星的几何跟踪条件受到局部测轨网的限制;二是卫星相对于地面的动力学约束信息较弱。利用一个针对GEO卫星的简化动力法定轨的协方差分析模型,研究了联合测距跟踪网和甚长基线干涉测量(VLBI)对定轨精度的改善情况。指出测距系统的校正误差是常规测距跟踪网定轨精度的主要误差源;当附加一条东西向VLBI基线时,仅利用不定期的少量VLBI高精度数据就能够显著改善测距偏差对轨道的影响,从而保证了卫星的整体位置解算精度。     

基于星间单差法的GEO卫星精密定轨

提出了一种利用星间单差法消除接收机钟差的GEO卫星精密定轨方案。通过仿真,详细探讨了相关原理、参数设置、测站分布以及单差选星等关键问题。仿真研究表明,该方法消去了接收机钟差、大部分与测站相关的系统误差以及用模型未完全改正的对流层及电离层延迟残差,能够直接解算卫星轨道参数,减轻测站接收机时钟同步的负担;通过方案对比,确定了一种优化方案,选取合适的卫星对,在现有条件下采用合适的测站分布,利用星间单差方法解算22参数,可以获得高精度的GEO卫星轨道。     

卡尔曼滤波在利用GPS对GEO星定轨中的应用

地球静止轨道卫星由于其独特的轨道特性而在通信等方面有着广泛重要的应用,利用GPS对GEO（同步地球轨道）星定轨是GPS应用的一个较新的研究方向,研究表明,某时刻GPS星对于GEO星的可用数为从0到4颗。本文考虑了卡尔曼滤波在利用GPS对GEO星定轨中的应用,并且讨论了利用GPS来提高在现有地面测控站的测控方式所达到的定轨精度,本文在研究对其它种类的用户星（如LEO星、HEO星）也有借鉴作用。     

星载GPS GEO卫星定轨的太阳光压宏观模型

提出了基于太阳光压宏观模型的星载GPS定轨方法,用于在星上确定地球静止卫星轨道.融合卫星运动学信息和星载GPS观测,采用积分滤波法得到连续的轨道解;针对星上太阳光压难以建模的问题,利用宏观模型方法计算GEO卫星所受的光压力.给出了作用在平面板、球形和圆柱形上的光压计算公式,并以“风云四号”卫星为例,建立了相应的宏观模型...     

对ETALON卫星的精密定轨研究

ＥＴＡＬＯＮ卫星是１９８９年发射的激光卫星，具有正球形、高质面比和轨道近圆等特点。其轨道倾角６５°，半长径为２．５万ｋｍ。其轨道不仅稳定，而且优化了覆盖欧亚大陆及太平洋地区的几何特性，适合于测定地球自转参数，更适合于全球测地和地壳运动的研究。本文研究了对Ｅ－ＴＡＬＯＮ卫星精密定轨的要求，如摄动模型的选取，数值积分中积分步长的选取等，利用１９９４年１０月ＥＴＡＬＯＮ－２的资料，对ＥＴＡＬＯＮ－２卫星进行了精密定轨，一个月（３１ｄ）弧长的定轨精度优于１０ｃｍ，１０天弧长定轨精度优于５ｃｍ。     

方差分量估计在卫星定轨中的应用

为解决卫星精密定轨过程中的观测资料加权问题，本文在卫星精密定轨过程中引入方差分量估计。文章采用Lageos2卫星1996年1月至2000年12月的全球SLR实测数据进行了卫星精密定轨计算，计算结果表明这种加权方法能较好地平衡观测资料对定轨结果的贡献，卫星轨道精度可以得到明显的提高。     

卡尔曼滤波及其在卫星定轨中的应用

本文详细介绍了卡尔曼滤波的基本原理特点，并结合卫生定轨中的应用讨论了如何提高滤波精度，避免滤波发散等问题。     

卡尔曼滤波在低轨卫星精密定轨中的应用

星上计算机的处理能力不断提高,地基控制系统资源日益紧张,这些都对卫星自主定轨提出了迫切的要求,利用卡尔曼滤波进行卫星自主定轨将具有十分广阔的应用前景。但由于低轨卫星受摄动力较大,使得其动力学方程十分复杂,本文对如何建立适当的模型进行了分析。标准卡尔曼滤波只有在满足一定约束条件时,才能得到最优解。但利用星载GPS进行卫星定轨时,这些约束条件并不能得到完全的满足,针对这些问题本文讨论了相关噪声和滤波发散,观测值粗差等问题。     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件(PANDA软件)的基础上,解算了2002年年积日126~131 dCHAMP卫星的精密轨道,并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示,本文的轨道精度在径向为4~5 cm,切向和法向为6~8 cm。     

转发式测距数据支持的GEO导航卫星精密定轨

地球静止轨道GEO卫星定轨是精密定轨领域的难点.依托我国区域范围地面跟踪网实际,提出了转发式测距数据支持下的GEO导航卫星精密定轨方案.从定轨精度、设备时延和伪距站对GEO轨道精度影响等方面进行了深入分析.试验结果证明:1 ns的时延误差引进的GEO轨道径向和位置误差分别为0.121 m和3.505 m.在多个转发式测距跟踪站约束的条件下伪距对定轨精度贡献非常有限,但通过星地钟差的估计可以实现时间同步,同步精度优于1 ns.这为时间同步提供了一种新的方法.当转发式测距跟踪站有限时伪距对GEO定轨的贡献非常明显,1CC(转发式跟踪站)+7L(伪距站)联合定轨条件下的轨道精度优于5 m.从而解决了GEO卫星精密定轨问题,同时实现了星地和站间时间同步以及卫星轨道与钟差参数的自洽.     

CEI对静止轨道共位卫星的轨道确定

主要考察了CEI对静止轨道共位卫星的轨道确定能力。仿真结果表明,利用CEI对共位卫星进行定轨时,需采用基线阵列。对于110°E共位卫星采用三亚-昆明基线阵列、10 km基线和2 d的数据,可使绝对轨道精度达百米级;外推至14 d时,相对轨道精度保持在m级。同样,要使绝对和相对轨道精度达到相同的量级,对于80°E共位卫星,需选用昆明-三亚基线阵列、100 km基线和1 d的观测弧段;对于140°E共位卫星,需选用上海-三亚基线阵列5、0 km基线和2 d的观测弧段。     

静止轨道共位卫星相对轨道确定

静止轨道共位卫星相对轨道的确定,对于多星共位任务是十分重要的。根据静止轨道的特性,推导了标准静止轨道定点经度坐标系下共位卫星的相对运动状态方程,提出了采用微波测距和比相测角法获取多颗共位卫星星间测量信息;利用自适应Kalman滤波进行了相对轨道估计。仿真结果表明,利用该算法能够获得较理想的相对位置精度,且自适应滤波解好于标准滤波解。     

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。     

镜面投影法确定地球同步卫星精密轨道

针对地球同步卫星（GEO）轨道面变化缓慢且能知道较准确近似值的特点，提出了镜面投影法。它以轨道面作对称面（镜面），将原观测站投影生成虚拟观测站；利用原站星距构成虚拟观测值。原观测值与虚拟观测值联合用于轨道参数估计，可以大大地增强观测几何结构，改善法方程状态，提高参数估值的精度。仿真计算的结果表明，新方法的效果明显。     

基于全球导航卫星系统的高轨卫星定轨理论研究及仿真实现

由于地基定轨系统的局限性,提出基于全球导航卫星系统(GNSS)的高轨卫星定轨方法,并设计实现了高轨卫星天基定轨仿真软件。结合高轨卫星天基定轨的特点和GNSS的建设现状,研究卫星可见性算法和星间观测模型,综合轨道积分和Kalman滤波方法的优点,提出确定高轨卫星轨道的积分滤波方法。仿真结果表明基于GNSS完成天基定轨增加了卫星的观测量,提高了定轨精度。最后在理论研究的基础上,自主开发了集STK、Matlab和Visual C++为一体的高轨卫星天基定轨仿真平台。为北斗系统应用于高轨卫星天基定轨提供了理论上的参考依据和模拟工具。     

潮汐摄动对导航卫星自主定轨中的星座整体旋转误差的影响分析

讨论了仅利用星间测距观测值进行导航卫星自主定轨时所遇到的星座整体旋转问题,分析了潮汐摄动对升交点赤经以及导航卫星自主定轨的影响。模拟计算结果表明,潮汐对自主定轨的切向和法向误差的影响较大,而且这种影响随着自主定轨时间的增加会越来越大,在第110 d时,其影响可达4 m,由此指出了在高精度自主定轨中顾及潮汐摄动的必要性。     

USB-VLBI综合确定SMART-1环月探测器轨道

我国绕月探测工程中"嫦娥一号"(CE-1)卫星将综合使用统一S波段系统(USB)和甚长基线干涉仪(VLBI)完成测定轨任务。为了检验USB-VLBI综合测定轨精度,测控系统于2006年5月利用欧空局(ESA)的SMART-1环月探测器进行了USB-VLBI综合测定轨试验。本文对这次试验的测轨数据进行了分析,研究了不同观测弧长和不同类型观测数据组合情况下的定轨和预报精度,得出了一些结论。     

一种地球静止轨道卫星的快速恢复定轨方法

地球静止轨道(GEO)卫星频繁的轨道机动对高精度、实时不间断的导航服务需求提出新的更高要求,如何在短弧跟踪条件下提高GEO卫星轨道快速恢复能力,是提升导航系统服务精度的关键因素。针对该问题,提出基于9参数星历拟合的GEO卫星短弧运动学定轨方法,详细推导定轨的数学模型与偏导模型,针对GEO卫星星历参数拟合中的奇异问题,提出相应的解决方法和措施。利用COMPASS GEO卫星实测自发自收数据进行短弧定轨试验与分析,结果表明:①10 min短弧运动学定轨的位置精度优于19 m,速度精度为4 mm/s,速度精度明显优于MEO卫星;②预报5 min的位置精度为17.760 m,预报10 min的位置精度为18.168 m;③解决GEO卫星频繁轨控所带来的轨道快速恢复问题,满足短弧跟踪条件下RDSS的服务需求。     

导航卫星自主定轨时轨道机动问题的处理方法

在各种摄动因素的作用下,导航卫星将逐渐偏离其预定轨道,因而需要通过轨道机动的方法来予以纠正。但轨道机动后,由预报轨道所提供的轨道先验信息将失去作用,这是用星间距离观测值和先验轨道信息进行导航卫星自主定轨时必须要解决的问题。提出机动后,机动卫星采用几何法来确定自己的位置,然后用动力学法来进行轨道拟合和轨道预报,在机动后第二天就能恢复正常的自主定轨。即使有多个卫星在同一天发生机动,个别卫星因可观测卫星不足4个而无法定轨,在第二天就能实现几何法定位,不会影响整个系统的导航定位功能。