基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨

为满足搭载单频GPS接收机低轨卫星的精密定轨需求以及深化单频定轨研究,文中解决了单频星载GPS数据的周跳探测问题,并利用“海洋二号”（HY-2A）卫星及“资源三号”（ZY-3）卫星的单频星载GPS实测数据采用两种方法确定了二者的简化动力学轨道,并通过观测值残差分析、与双频精密轨道比较、激光测卫数据检核等方法对所得轨道精度进行评定。结果表明,在不考虑电离层延迟影响的情况下,HY-2A卫星定轨精度为2~3dm,ZY-3卫星为1m左右;而采用半和改正组合消除电离层延迟一阶项影响后,二者定轨精度均显著提高,HY-2A卫星三维精度提高至1dm左右,ZY-3卫星提高至1~2dm。文章的研究成果表明,搭载单频GPS接收机的低轨卫星也可获得厘米级的定轨精度。     

适用于单频GPS用户的周跳探测方法

针对单频GPS(Global Position System)用户的载波相位周跳探测问题,在传统的载波相位和伪距组合方法的基础上提出了一种新的周跳探测方法.该方法将载波相位和码伪距的组合观测量在历元间做差形成差分序列,以此构造实时的周跳探测量,由于该探测量易受观测噪声的影响,因此使用仰角指数模型作为经验模型对于测距噪声进行估计,基于假设检验的方法,通过对该探测量是否超过相应的检测门限来判断是否存在周跳.在实测的GPS观测数据基础上,对这一方法进行了验证,结果表明:相对于传统的周跳探测方法,该方法可以更加及时、准确地发现较小的周跳,对于单频的GPS用户具有较好的适应性.      

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明:GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

基于高轨航天器的GNSS接收机技术

全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）应用于高轨航天器时,因轨道高于导航卫星,可见星数量急剧减少,空间信号功率微弱,信号的快速捕获和跟踪十分困难。文章对高轨地球同步轨道（GeosynchronousEarthOrbit,GEO）接收技术进行了研究。以中国实践十七号卫星为研究对象,采用官方正式发布的发射天线方向图对GEO下GNSS信号特征及可用性开展研究分析,并针对高轨道航天器GNSS信号微弱的特点,采用长时间积分处理的梳状滤波方法、差分相干累加比特同步算法和基于动力学模型补偿的扩展卡尔曼滤波自主定轨算法设计GNSS接收机,并在半物理仿真平台进行了测试验证。试验结果表明：GNSS接收机捕获灵敏度优于-173dBW,跟踪灵敏度优于-175dBW,定轨位置精度优于50m,速度精度优于0.01m/s。     

嫦娥探月待来时——我国月球探测二期工程展望

在中国探月工程一期圆满成功的同时,中国探月工程二期也已启动. 据中国探月工程领导小组组长、国防科工局局长陈求发透露,对一期工程的备份星进行技术改进的嫦娥二号卫星,将作为二期工程的先导星,用于试验验证二期工程轨道、测控和软着陆等相关的五个方面的关键技术,降低二期工程的技术风险.同时,嫦娥二号卫星搭载的CCD相机分辨率由120米提高到10米,深化月球科学探测.     

嫦娥二号将作为先导星降低二期技术风险

3月12日，中国探月工程领导小组组长、国防科工局局长陈求发表示，将把由探月一期工程的备份星技术改进而成的嫦娥二号卫星，作为探月工程二期的先导星，用于试验验证二期工程轨道、测控和软着陆等五个方面的关键技术，降低探月工程二期的技术风险。嫦娥二号卫星搭载的CCD相机分辨率由120米提高到10米，它将于2011年底前完成发射。     

高分四号相机全揭秘

正一部精彩的电影,需要多个相机在多机位协同拍摄,大画幅、中景、近景各种景别共同呈现,方能为观众营造出身临其境的震撼效果。分布在高轨低轨不同轨道的遥感卫星就如一颗颗"天眼",自如运转,洞察地物。遥感卫星上搭载的光学遥感相机也不是只有一种型号,高分四号卫星相机就是我国光学遥感相机系列中的新款产品——由中国航天科技集团公司五院508所研制的我国第一台高轨高分辨率对地观测光学遥感相机。     

希望－2卫星及在轨应用

2015年9月20日,长征－6运载火箭在太原卫星发射中心以“一箭二十星”方式将希望－2卫星发射入轨。入轨后卫星顺利开展各项在轨试验,其中希望－2A卫星根据任务需要进行了多批次轨道控制,将轨道高度降低了60多千米。希望－2卫星通过获取热层大气密度原位数据正向探测大气密度时空分布关系,优化热层大气阻力模型,并结合多频点全球卫星导航系统（GNSS）原始测量数据及卫星激光测距（SLR）、甚长基线干涉测量（VLBI）等多体制精密测定轨试验,反向推演大气密度变化机理,为提高低轨航天器定轨预报精度获取有效连续的实测数据支撑,同时配置空间无线电台,为全球无线电爱好者提供服务。     

基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星。利用该卫星观测的单颗脉冲星数据,采用几何约束方法,能够有效抑制轨道误差增长,但存在长时间定轨发散问题。针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求,利用多颗脉冲星的观测数据,研究基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的卫星自主定轨算法。首先,建立该卫星的轨道力学模型和观测方程;然后,详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统（PWCS）的可观测性分析方法;最后,通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性,进行自主定轨算法试验。试验结果表明,基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛,验证了该算法的合理性和有效性。     

GNSS遥感探测卫星星座设计

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）掩星大气探测技术的兴起,GNSS遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位,但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求,未来更需要充分利用GNSS信号资源,开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考,提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下,利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响,并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座,给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明,具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求,三种构型方案中,由高、中、低倾角三组Walker子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.      

粗差拟准检定法在星载GPS低轨卫星定轨中的应用

利用自适应卡尔曼滤波进行星载GPS低轨卫星定轨时,必须解决量测方程中经常存在的粗差问题．在分析以往方法的优缺点后,用拟准检定法来探测和修正量测方程中存在的粗差．该法的优点是辨识粗差准确率高,能同时定位多个粗差．另外,为了克服星载GPS低轨卫星定轨的滤波器可能出现的数值不稳定性及发散现象,还采用了UD分解算法及Sage自适应滤波器．最后用一个CHAMP卫星的模拟算例验证本方法的可行性和有效性．     

联合北斗导航与星间链路的大椭圆卫星定轨方法

传统的地面测控和GNSS均无法实现HEO卫星全弧段的跟踪观测.在分析北斗导航信号及其星间链路信号对典型HEO的观测几何及覆盖特性的基础上,利用北斗导航及其星间链路对HEO测控支持形成互补的特点,提出了一种卫星导航与星间链路相结合的自主导航方法.对HEO定轨进行分段划分并基于EKF设计了卫星导航与星间链路数据融合定轨的自主导航算法.分析结果表明,本文提出的方法能够从全弧段上改善HEO的观测几何,定轨精度比仅使用卫星导航提高了2个数量级,并且仅需较少的星间链路资源.      

海洋-2卫星及其应用

海洋－2卫星是我国首颗用于海洋动力环境探测的卫星,于2011年8月成功发射,2012年3月正式投入使用。该卫星工程研制突破了高精度有效载荷、精密测定轨等关键技术,在多个技术领域达到国际先进水平,实现了高观测精度、高测定轨精度、星地激光高速数据传输、关键部件自主研制、航天器数字集成设计等五大能力提升。经过在轨验证,海洋－2卫星和星载设备工作稳定,各项功能和性能满足研制总要求,整体达到国际先进水平,其观测数据有效填补了国际同类微波遥感卫星数据的不足,在全球对地观测体系中发挥着重要作用。     

基于ORBCOMM卫星机会信号的定位技术

为摆脱对全球导航卫星系统（GNSS）的依赖，克服其有意或无意干扰情况下无法工作等问题，可采用机会信号（SOP）实现定位，低轨卫星机会信号具备信号功率高、覆盖性广及无需增建基础设施等优点。提出了利用轨道通信卫星（ORBCOMM）系统实现天基机会信号定位。通过对ORBCOMM卫星机会信号的通信体制进行深入研究，实现了利用ORBCOMM卫星机会信号获取多普勒测量信息，建立了瞬时多普勒定位及其几何精度因子的数学模型，并采用卫星TLE数据结合轨道预测模型获得的卫星轨道信息实现ORBCOMM卫星机会信号定位。实测结果表明:利用ORBCOMM卫星机会信号可实现精度优于140 m的定位。研究成果对基于天基机会信号定位技术的理论研究及应用具有重要意义。      

GPS相位平滑伪距技术在广域差分定位中的应用

分析了在广域差分GPS定位技术中使用分段平滑滤波器进行载波相位平滑伪距来提高定位精度的实现方法,并针对在平滑技术中出现的周跳问题提出一种使用小波进行探测周跳的方法,用实际的工程算例验证了该方法的可行性和有效性。     

星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航

为解决星座仅依靠星间链路测量进行自主导航时的整体旋转和漂移问题,提出一种星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航方法.通过星间观测相机和磁强计,获得同轨道相邻卫星视线矢量与地磁场方向之间的角距和地磁场模值,为低轨星座引入空间基准信息.在非秩亏性分析的基础上,分别建立状态方程和量测方程,利用扩展卡尔曼滤波方法进行整星座的最优状态估计.仿真结果表明,星座卫星自主导航位置精度优于20m,速度精度优于0.05m·s-1,自主导航运行时间维持180天,能够满足低轨卫星星座自主导航的应用需求.      

太阳与内日球立体探测卫星计划科学目标建议

面向认知太阳风暴和保障航天安全的国家战略需求，中国近年来提出太阳与内日球立体探测卫星计划，拟适时部署环黄道面的拉格朗日点L3-L4-L5定点卫星星座和脱离黄道面的太阳极轨对偶卫星。通过该卫星计划的初步科学论证分析，建议将其科学目标凝练为太阳磁场、太阳风暴、太阳风，将其应用目标定位于日地空间天气预报，建议配置成像类、粒子类、波场类的综合科学载荷。此外，利用日地空间的三维磁流体数值模拟和计算机图形学的艺术可视化，形象地表达环黄道面卫星“对日凝视”和太阳极轨卫星“鸟瞰全景”的探测概念。中国太阳与内日球立体探测卫星计划将揭示太阳磁场的起源规律及其爆发机理、日地耦合系统的空间天气变化机理，并能够为日地空间天气三维数值建模提供观测数据驱动的初边值条件，必将极大推动空间天气的立体监测、前沿研究、精准预报的一体化进程。     

载波相位/捷联惯导组合对高轨飞行器的导航

高轨飞行器可用卫星数目较少,信号空间链路损耗大,使用伪距进行测量的精度较低.提出基于GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星载波相位与捷联惯导紧组合方法对高轨机动飞行器进行自主导航.该方法将连续跟踪的卫星初次可用时的整周模糊度的浮点解作为状态变量,通过平方根UKF建立了组合导航非线性滤波模型,提出了基于整周浮点解交集的滤波器故障检测方法.研究表明,提出的组合导航方法充分利用了载波相位高测量精度和系统性误差缓变的特点,提高了系统的可靠性和精度.     

“嫦娥二号”卫星发射及任务实施情况

<正>2010年10月1日18时59分57秒,"长征三号丙"火箭在我国西昌卫星发射中心点火发射,把"嫦娥二号"卫星成功送入太空。这标志着探月工程二期任务迈出了成功的第一步。"嫦娥二号"卫星是我国自主研制的第二颗月球探测卫星,是探月工程二期的技术先导星。与"嫦娥一号"卫星相比,"嫦娥二号"卫星进行了多项技术改进,将验证直接地月转移发射、近月100km制动、环月轨道机动与定轨、X频段测控、高精度对月成像等多项关键技术,为实现成功落月积累经验。     

基于低轨稀疏星座的蓝绿激光对潜定位研究

潜艇只在必要时刻才浮出水面，对实时通信和导航定位造成极大制约。蓝绿激光具有深水穿透性高、衰减系数低等优势，已在机载和星载平台对潜艇通信中得到验证。借鉴GNSS导航信号产生原理，结合蓝绿激光通信测距一体化与低轨卫星自身精密定轨，提出了基于蓝绿激光通信的低轨卫星对潜定位算法。通过在激光通信中增加载波相位调制，实现潜艇激光接收器的伪距测量，联合其高程测量信息实现水下定位。以一带一路海域，特别是中国南海区域为服务对象，优化星座参数设计了3颗卫星组成的低轨稀疏星座。潜艇在星座覆盖区域内保持静态，间隔1~3min完成至少两次通信测距和导航电文接收，联合两组观测数据、精密星历及高程测量信息进行定位解算。仿真结果显示，在卫星过境期间，考虑卫星定轨精度，激光在空气、水下传播误差等因素，潜艇可在水下实现X、Z方向定位误差优于100m，Y方向误差约100~150m的高精度定位，对提升潜艇的战场作战能力具有意义。