地球质心的运动对卫星轨道的影响

由地心运动引起的引力位1次项系数不为零会对卫星轨道产生摄动。文中主要通过模拟计算来研究地心运动或坐标系统不自洽引起的地心偏离，从而对不同轨道根数的卫星轨道产生的摄动量级。实验表明地心运动对卫星轨道的影响，在高精度精密定轨和反演地球重力场中也是需要顾及的一项内容，特别是在坐标系统不自洽的情况下，影响更大。     

面向精密位置服务的低轨卫星轨道预报精度分析EI北大核心CSCD

LEO卫星精密轨道预报是LEO导航增强系统中重要的技术环节之一,本文使用多种算法来实现不同任务需求下的轨道预报。对于在地面处理系统实现的LEO轨道预报,算法1采用定轨预报同时处理的策略,算法2将离散轨道点进行动力学拟合再进行积分外推。GRACE-C卫星预报5、10、15 min的URE平均精度分别为5.25、5.67、6.25 cm;HY2A卫星为7.83、8.69、9.66 cm;SWARM-A卫星为8.88、9.22、9.63 cm;SWARM-B卫星为8.49、8.98、9.63 cm。对于计算条件受限的LEO星上轨道预报,本文利用单个轨道点及简单动力学模型进行轨道积分外推的算法。该算法主要考虑地球中心引力及非球形引力摄动,因此地球重力场阶次对轨道预报精度产生较大影响。平均高度为500 km的LEO卫星选取60阶重力场,高度为1000 km的LEO卫星选取30阶重力场,可实现预报10 min轨道优于10 cm的预报精度。     

地球质心的运动对卫星轨道的影响

由地心运动引起的引力位1次项系数不为零会对卫星轨道产生摄动.文中主要通过模拟计算来研究地心运动或坐标系统不自洽引起的地心偏离,从而对不同轨道根数的卫星轨道产生的摄动量级.实验表明地心运动对卫星轨道的影响,在高精度精密定轨和反演地球重力场中也是需要顾及的一项内容,特别是在坐标系统不自洽的情况下,影响更大.     

风云卫星遥感数据高精度地理定位软件系统开发研究

为了适应风云气象卫星遥感数据高精度地理定位要求,在研究和比较分析现有环境气象卫星遥感数据地理定位方法,尤其对其中关键的轨道计算模型进行对比研究之后,我们使用变阶变步长多步卫星轨道数值计算模型(DE/DEABM)进行气象卫星轨道计算,研制开发了新一代卫星轨道计算及遥感数据地理定位软件系统.该软件系统中卫星轨道数值积分计算模型包含了多项摄动因素计算,特别是对低轨卫星影响较大的因素,其中地球的球形引力项使用了高精度高阶EGM-96地球引力场模型,提高了非球形引力摄动计算精度,另外还考虑了太阳、月亮引力项,辐射光压摄动和大气摄动因素,使得轨道计算精度大大提高.在遥感数据定位算法开发工作中,以中国2002年5月发射的风云1号D星10通道扫描辐射计和计划2008年上半年发射的风云3号A卫星中分辨率光谱成像仪等遥感仪器为对象,比较详细地分析和研究了探测器、焦平面、主光学系统和扫描镜等遥感仪器几大关键部件的光学几何关系,提高了坐标转换系统计算精度.经过对风云1号D星多天逐日的轨道计算和定位计算试验,结果表明该软件系统24h风云1号D星轨道计算卫星矢径精度可达到几十厘米至几十米,较原来平根数分析解方法1000m左右精度有显著量级的提高.同时,风云1号D星遥感数据地理定位精度达到星下点1个像元.     

星载加速度传感器的在轨运动影响

加速度传感器测量卫星所受非引力加速度的精度是利用该技术精确恢复重力场的重要指标。根据卫星运动理论 ,给出了轨道升交点赤经摄动、近升距摄动、卫星运动、坐标轴旋转引起的加速度性质以及相应表达式。针对CHAMP卫星轨道 ,讨论了各项的影响量级     

GEO/IGSO/MEO卫星轨道根数演化分析

本文针对GEO、IGSO、MEO三类卫星,分析了在地球非球形引力影响下的卫星轨道根数变化情况。并采用两年的精密星历反算了GPS卫星的轨道根数长期变化情况,分析了其周年、半年、半月变化的产生原因。对卫星入轨偏差影响进行了分析,得出轨道长半轴入轨偏差是决定卫星实际轨道相对设计轨道演化的重要因素。最后对星座相对结构演化及轨道西移的影响进行了分析。     

GPS/BDS卫星摄动力数值分析

由精密星历利用拉格朗日插值公式求二次导数的方法计算了卫星在J2000.0惯性坐标系下的总加速度;利用现有的力模型计算了地球中心引力,地球非球形摄动力,太阳、月球和其他行星的摄动力,地球固体潮摄动力,相对论效应摄动力对GPS/BDS卫星所产生的加速度数值大小;利用G-file里的BERNE太阳光压模型参数计算了GPS卫星太阳光压摄动加速度大小;对GPS/BDS卫星所受的不同摄动力进行了数值分析,对同一摄动力对不同类型卫星的影响进行了数值分析比较。结果表明,现有力模型与GPS/BDS卫星所受的实际作用力仍有一定的差距,不同类型卫星所受摄动力有明显差异,在精密定轨的实际应用中应根据不同类型卫星建立合适的力学模型。     

GPS卫星精密定轨中的摄动力分析

在介绍各种摄动模型的基础上,将IGS提供的SP3精密星历作为几何轨道,应用不同的摄动模型进行几何轨道平滑,求得卫星轨道的动力学参数,再用动力学参数积分求定卫星的轨道,将其与IGS提供的SP3精密星历进行比较,从而详细分析每一种摄动力对GPS轨道影响的量级,而且说明建立的GPS卫星轨道的摄动模型是比较准确的。     

大地测量应用卫星的轨道设计 ——椭球谐引力场下卫星的运动

本文首先注意到近球面包络进动轨道(近圆)是大地测量应用卫星的共有特征;接着指出地球引力位的等势面非常接近共焦椭球面,其主项是严格的共焦椭球面,次项是10-6的摄动项;最后得出,在共焦椭球面成层分布引力场下,存在一条特殊的轨道——椭球面包络进动轨道,位于椭球面上,沿着大地线(测地线)作匀速、变曲率、均匀进动(升交点西退或东进)运动;这样一条特殊的轨道,是几何大地测量学、物理大地测量学和空间大地测量学与轨道理论的完美结合;若用椭球面包络轨道代替近球面包络进动轨道,因其严格顾及J2项,将更有利于大地测量应用卫星的轨道设计、卫星群分布设计、覆盖计算、入轨控制等。     

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。     

由星载GPS相位数据确定地球重力场模型若干问题研究

人造地球卫星在地球引力场中运动,可以探测地球重力场的长波信息。随着GPS技术的发展,星载GPS技术日趋成熟,因此由星载GPS相位数据确定地球重力场模型是当前国际地学研究的热点之一。本文给出了确定地球重力场模型中的星载GPS星地相位双差观测量,阐述了Cowell II数值轨道积分公式,导出了参数估计中星地双差观测量的偏导数,利用分块Bayes最小二乘参数估计地球引力场位系数等有关参数。     

GPS纯几何法在低轨卫星定轨中的应用

在近地低轨卫星上安装GPS接收机,并同时能捕获到四颗GPS卫星的话,我们就可以直接利用GPS观测值来组成观测方程,解算被求卫星的轨道位置。但由于GPS卫星是为地面上的用户设计的,其主要是满足地面用户的导航定位要求,再加上近地卫星的高动态性、高速度性,有时还不能同时捕获到四颗GPS卫星,这都给近地卫星的定轨带来了不确定的因素。本文主要对这一想法进行了试验,并分析了定轨的精度。     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演，研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法。分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道，并与业已公布的卫星轨道数据进行比较，结果表明，CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大，考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高。     

低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

持续性全球多重覆盖的圆轨道导航星座的设计

首先描述卫星覆盖的理论以及卫星星下点在地面上的轨迹规律,然后根据导航星座的特点,通过对星座基本参数特点的讨论,并在参考GPS和GLONASS星座的基础上,确定了导航星座的构成。最后,在理论上证明了最小覆盖性的条件,随着模拟实际数据进行了验证。     

星载加速度计增强北斗自主定轨性能

卫星自主定轨是提高全球卫星导航系统(GNSS)可靠性、稳健性、完整性和生存能力的重要保证。新一代的北斗卫星已可以进行星间链路测距,从而达到提高卫星全球跟踪能力以及实现整个卫星导航系统的自主定轨。然而由于卫星运行会受到多种摄动力的影响,如果不能对这些摄动力进行精密的改正,在没有地面或其他天体提供绝对约束的条件下,导航系统会随着自主定轨时间的延长出现星座整体旋转。卫星所受摄动力分为保守力和非保守力两部分:对于保守力,如地球非球形摄动、潮汐摄动、太阳月球和其他三体引力,现在已有的力学模型可以很精确地进行改正;而非保守力(如太阳光压摄动),则难以用精确的模型进行改正,因此成为影响卫星定轨精度的主要因素。星载加速度计可以高精度地测量非保守力,并已成功应用于重力卫星(CHAMP、GRACE、GOCE)的重力场反演与大气研究中。本文研究主要探讨采用星上加速度计提高北斗卫星自主定轨精度和延长自主定轨时长的可行性。利用模拟的卫星轨道和星间链路数据,以及现有的星载加速度计误差模型,对北斗卫星系统分别使用星间链路数据和星间链路与加速度计组合数据,进行自主定轨与精度评定。计算结果表明,使用星间链路与星载加速度计数据进行自主定轨,较单纯使用星间链路数据精度具有明显改进。在模拟的星间测距观测数据具有0.33m随机噪声以及分米级系统误差,自主定轨两个月的情况下,联合使用加速度计数据的自主定轨IGSO和MEO卫星精度为分米级,而仅使用星间链路数据的定轨精度约为3~6m,比使用加速度计精度低一个量级。     

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。