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基于Bayes理论的星间链路自主定轨误差评估方法

针对导航星座自主运行期间因缺乏外部基准而导致自主定轨结果不能得到有效评估的问题,提出一种基于Bayes理论的自主定轨结果评估方法。一方面充分考虑定轨误差的先验统计特性,以提供先验位置基准;另一方面以卡尔曼滤波中定轨协方差的迹作为定轨URE的表征量,解决了自主定轨中对定轨误差没有观测信息的问题。利用自主定轨的仿真数据对该方法进行验证,结果表明,对于单颗卫星,在24 d内,由该方法得到的URE估计误差不超过±0.5 m,验证了该方法的可行性。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

内编队重力场测量系统轨道参数与载荷指标设计方法

内编队系统通过构造内卫星纯引力轨道完成高精度重力场测量,实现了不依赖于加速度计的重力卫星实施新途径.针对内编队系统轨道参数和载荷指标设计任务,从定性的角度分析了轨道高度、轨道倾角、偏心率等轨道参数的选择原则,以及外卫星定轨精度、内外卫星相对状态测量精度、内卫星非引力干扰抑制精度、系统采样率等载荷指标对内编队重力场测量性能的影响,并建立了这些参数之间的匹配关系.为获取内编队系统轨道参数和载荷指标的定量设计结果,给出了内编队重力场测量数据模拟和反演计算方法.结合轨道参数和载荷指标对重力场测量性能的影响及其匹配关系,提出了由解析推导和数值计算相结合的方法,获取重力场最高反演阶数、大地水准面精度、重力异常精度等重力场测量性能与轨道参数、载荷指标之间的解析关系,并给出了该解析关系的具体数学形式.与解析法、半解析法相比,该公式由解析推导和大量数值计算得到,因而考虑的影响因素更加全面,计算结果更加合理,可用于快速准确设计内编队系统轨道参数和载荷指标.     

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.     

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。     

MTSAT-2静止气象卫星中国区域雪盖监测

利用MTSAT-2静止气象卫星数据开展了中国区域的雪盖监测研究,结合MODIS雪盖产品及站点雪深观测数据对判识结果进行对比分析和验证。首先,根据MTSAT-2静止气象卫星数据特点,进行角度效应校正及多时相数据合成,以减少云对图像的影响;其次,根据多个雪盖判识因子建立中国区域雪盖判识算法;最后,对比分析2011年1月份MTSAT-2和MODIS雪盖判识结果,并使用站点观测数据进行精度验证。研究表明:(1)MTSAT-2雪盖判识受云影响比例约30%,MODIS雪盖产品受云影响比例约60%,MTSAT-2去云效果明显。(2)无云情况下,MTSAT-2雪盖判识和MODIS雪盖产品判识精度均高于92%;有云覆盖时,MTSAT-2判识精度约65%,优于MODIS雪盖产品35%的判识精度。(3)MTSAT-2静止气象卫星在保持高积雪判识精度的前提下,可以更有效减少云对雪盖判识影响,实时获取更多地表真实信息。该研究对中国区域雪盖信息准确监测、气候变化研究以及防灾减灾等具有重要意义。     

切比雪夫多项式拟合卫星轨道与钟差的精度分析

利用切比雪夫多项式拟合卫星轨道,用经验统计法确定轨道不同弧段数据的满足精度要求的拟合阶数区间,发现非最佳拟合阶数会引入较大的拟合噪声,因此在精密计算时应选择最佳拟合阶数。本文用此多项式拟合卫星钟差,能达到内插钟差同等的精度,而且与拉格朗日滑动内插相比,拟合残差序列分布更好,计算效率更高;提出利用残差自相关进行精度评定的方法,当精度变化微小时相比一般的精度评定方法具有明显优势。     

Application of unscented Kalman filter in satellite orbit simulation

A new estimate method is proposed, which takes advantage of the unscented transform method, thus the true mean and covariance are approximated more accurately. The new method can be applied to nonlinear systems without the linearization process necessary for the EKF, and it does not demand a Gaussian distribution of noise and what's more, its ease of implementation and more accurate estimation features enables it to demonstrate its good performance in the experiment of satellite orbit simulation. Numerical experiments show that the application of the unscented Kalman filter is more effective than the EKF.     

一种导航卫星中长期轨道预报方法

基于神经网络混合建模的思想提出一种针对导航卫星的中长期轨道预报方法,在原动力学模型的基础上引入神经网络模型作为补偿,从而获得新的预报模型。在训练过程中神经网络通过学习动力学模型轨道预报误差来掌握其变化规律,并在预报过程中为动力学模型预报提供补偿,以提高预报精度。对GPS卫星动力学模型中长期预报误差的特点进行分析,然后根据所得结论提出混合模型的中长期(15 d以上)预报方案,最后通过对GPS卫星的仿真试验证明混合模型的改进效果,结果表明新方法在15~40 d的预报上表现出很好的改进效果。