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。     

GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度研究

影响GPS精密定轨的因素除卫星轨道初值外还取决于力模型的精度,而地球引力加速度是GPS卫星精密定轨力模型中最为重要的部分。为满足精密定轨需要,该文针对目前各IGS中心所采用的简化动力法,深入研究了GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度,详细推导了相关公式并编写程序,先后选取7颗GPS卫星及1颗卫星进行计算验证,结果表明:该文所采用的算法得到的地球引力加速度的计算精度优于10E-11ms~(-2),并且当引力位模型阶数为8~12阶时,引力加速度无明显差异。     

经验加速度补偿对HY-2A卫星精密定轨的影响

针对HY-2A卫星定轨中存在系统误差的问题,该文提出了加入经验加速度补偿系统误差。为了获得HY-2A卫星的高精度轨道,采用星载DORIS距离变率数据探索了经验加速度对定轨精度的影响。探讨了1d、3d和7d作为经验加速度周期的定轨精度差异,分析了3d作为经验加速度周期时在径向、法向和切向3个方向设置经验加速度对定轨精度的不同影响。研究结果表明:HY-2A卫星在径向和切向不存在系统误差,而在法向存在系统误差,因而在法向设置经验加速度进行力学模型补偿能够取得较好的定轨结果;3d作为经验加速度的补偿周期较为合适,不仅能够减少解算参数个数,缩短计算时间,而且径向定轨精度可达到1.00cm,满足HY-2A卫星精密定轨需求。     

GPS卫星定轨中的摄动力影响分析

分析了地球重力场、海洋潮汐、行星摄动、地极潮汐、相对论加速度等对GPS轨道拟合及轨道外推造成的影响,认为在GPS定轨中除了顾及地球重力场及海洋潮汐对卫星轨道影响之外,还应注意地球重力场模型及海洋潮汐模型的选用问题;此外,在短弧定轨可以不考虑行星摄动、地极潮汐以及相对论加速度的影响,但长弧定轨中需考虑它们的影响。     

火星探测器行星际定轨两种数据处理方案比较

计算了由于形状、姿态和表面性质不准确导致火星探测器行星际定轨存在较大光压模型误差时,两种不同定轨方案(方案1只估计光压系数,方案2同时估计光压系数和随机加速度)对光压模型误差的补偿效果。在方案2中建立了高斯马尔科夫模型表征光压模型导致的加速度误差,并选取了合适的随机模型参数。仿真分析表明方案2可以有效补偿光压模型误差,避免滤波发散,提高定轨精度。     

两种机动力建模方法的适用性分析

分析了脉冲经验力和分段线性经验力两种机动力模型在GEO卫星机动期间定轨和机动后轨道预报中的适用性,同时比较了两种机动力建模方法与短弧动力学方法之间在轨道预报方面的优劣。实验结果表明,在机动定轨中,脉冲经验力模型比分段线性模型更优越。两种机动力建模方法东西机动期间单天弧段轨道拟合精度可优于5m,但线性模型轨道预报精度比脉冲经验力模型和短弧动力学方法差。C波段观测量能够改善机动期间定轨精度。     

不同观测技术的Jason-2卫星精密定轨评估

针对GPS、SLR和DORIS三种不同手段的各自定轨精度问题,本文基于不同的轨道评估方法进行了深入分析。以JASON-2卫星为例,分析了姿态模型误差及其对定轨精度的影响,分别讨论了GPS、SLR和DORIS的定轨策略和定轨精度,并基于轨道评估结果进行了轨道叠加。基于实测数据进行了试验,试验结果表明,JASON-2卫星姿态模型误差对DORIS、GPS和SLR轨道影响分别为0.040、0.036和0.033m;DORIS定轨结果优于GPS和SLR,SLR定轨精度最差;基于SLR验证和轨道重叠结果加权,对GPS、SLR和DORIS轨道进行轨道叠加,其精度一致,通过与JPL轨道比较,其径向精度为2cm。     

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。     

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。     

GAAF在星载GPS实时定轨中的应用研究

为确保高精度星载GPS实时定轨算法能够应用于较低轨道卫星,提出了用地球引力近似函数法(GAAF)代替传统球谐函数递推法来计算地球引力加速度,在不降低实时定轨精度的同时,大幅减小高阶次重力场模型的轨道积分计算负荷,以满足计算能力有限的星载处理器的在轨处理要求。分析了影响GAAF计算精度的两个因素:伪中心位置拟合多项式的次数选取和经纬度格网大小的最优确定。用CHAMP卫星的实测GPS数据模拟实时定轨试验,结果表明,采用二次及以上伪中心拟合多项式,格网纬度小于0.75°、经度小于1.5°的GAAF时,实时定轨的轨道精度要优于70×７０阶次重力场模型直接参与实时定轨,且大幅降低实时定轨的计算负荷。     

GPS与雷达测量数据融合处理方法在外弹道测量中的应用

GPS具有全天候、覆盖范围广、定位精度受轨道影响小等优点,已经广泛应用于航天发射试验任务的外弹道跟踪测量。在给出了GPS测量伪距及其变化率、雷达测量距离和（距离差）及其变化率的基础上,介绍了GPS与雷达测量数据融合处理计算轨道参数的方法,对实际测量数据进行应用,并与常规雷达测量数据计算的轨道参数进行了对比,结果表明该方法是可行的。     

利用GPS伪距观测值确定低轨卫星轨道的探讨

介绍了通过建立卫星的轨道动力学模型,设计出GPS观测方程和运动方程组合的卡尔曼滤波模型。探讨了使用卡尔曼滤波对所得轨道进行滤波平滑,指出了影响精度的因素和提高精度的办法。     

遥感卫星的轨道外推方法

通过星载GPS接收机直接确定卫星星历是低轨卫星定位的一个重要手段。由于低轨卫星的高机动性和GPS接收机较低的运算速度,导致有时下传星历数据的间隔非常大,要荻取连续的卫星轨道数据需要进一步处理。在分析遥感卫星轨道特点的基础上,提出一种新的简化轨道摄动力模型,利用模型实现了轨道外推,并利用最小方差序列匹配对低轨卫星外推数据进行修正。通过仿真验证,该算法在一定时间范围内可以达到较高的精度。     

基于GPS的低轨卫星简化解析法轨道预报

由于星载设备的运算量、存储量的限制,在保证所需精度的前提下,根据卫星轨道的具体特点,尽可能地简化轨道改进、预报和摄动计算公式,对此提出基于GPS的星载简化解析法,采用一阶分析摄动理论和部分田谐项摄动。通过实例,证明该方法可在满足一定精度的情况下降低定轨方案的复杂度,具有一定的工程应用参考价值。     

星载加速度计校准对GRACE轨道动力学平滑的影响分析

本文分别以美国喷气推进实验室（JPL）发布的GRACE卫星约化动力学轨道和ITSG发布的几何轨道作为观测值,利用动力学法分析星载加速度计校准对轨道平滑结果的影响,弧长固定为24 h.对比结果表明:以ITSG发布2009年5月1日的几何轨道作为观测值的结果可知,偏差参数采用一阶项15 min估计一次、尺度模型为对角填充的策略可以提高轨道平滑的精度,得到的动力学轨道与JPL发布的约化动力学轨道残差在X方向、Y方向和Z方向的均方根（RMS）值分别为1.89 cm、1.76 cm、1.56 cm.      

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。     

基于跟踪站模式下的GPS技术应用

随着GPS卫星轨道精度的提高、数据处理模型和方法的完善、软件的可视化、仪器性能的改善与性价比的提高,GPS技术在我国得到了广泛应用与发展。在构建空间数据基础框架之际,全国各地正在建立或改造GPS网。针对经典建网方法,介绍了基于跟踪站模式下的GPS技术,并以实例对数据处理方案、观测时间的选取进行了分析和比较。     

Precise orbit determination for the GRACE mission using only GPS data

The GRACE (gravity recovery and climate experiment) satellites, launched in March 2002, are each equipped with a BlackJack GPS onboard receiver for precise orbit determination and gravity field recovery. Since launch, there have been significant improvements in the background force models used for satellite orbit determination, most notably the model for the geopotential. This has resulted in significant improvements to orbit accuracy for very low altitude satellites. The purpose of this paper is to investigate how well the orbits of the GRACE satellites (about 470 km in altitude) can currently be determined using only GPS data and based on the current models and methods. The orbit accuracy is assessed using a number of tests, which include analysis of orbit fits, orbit overlaps, orbit connecting points, satellite Laser ranging residuals and K-band ranging (KBR) residuals. We show that 1-cm radial orbit accuracy for the GRACE satellites has probably been achieved. These precise GRACE orbits can be used for such purposes as improving gravity recovery from the GRACE KBR data and for atmospheric profiling, and they demonstrate the quality of the background force models being used.     

北斗/GPS实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析

实时GNSS精密单点定位(PPP)技术必须使用实时的高精度卫星精密轨道和钟差。本文研究了精密卫星钟差融合解算模型及策略,并利用滤波算法实现了北斗/GPS实时精密卫星钟差融合估计算法。仿真实时试验结果显示:获得的北斗/GPS实时钟差与GFZ事后多GNSS精密钟差(GBM)的标准差在0.15 ns左右;使用该钟差进行GPS动态PPP试验,收敛后水平精度优于5 cm,高程精度优于10 cm;使用仿真实时钟差进行的北斗动态PPP与使用GFZ事后多GNSS精密钟差开展的试验相比精度相当,可实现分米级定位。