低测角精度下的轨道确定计算方法

根据单位矢量法测轨原理,给出了在测角精度比较低或没有测角资料的情况下,利用测距、测速资料进行初轨和轨道改进的计算方法。工程实践应用表明,在测角精度比较低而测距、测速精度相对高的情况下,该方法可有效地提高轨道确定的精度。     

TDRSS轨道确定方法的初步研究

本文针对TDRSS(跟踪和数据中继卫星系统)的中继卫星(地球赤道同步卫星)至用户星(被跟踪航天器)的测距、测速资料,给出了这种星-星跟踪定轨的条件方程。根据星-星跟踪定轨、星-星跟踪和星-地跟踪混合定轨的各种情况(是否同时确定中继卫星轨道,一颗或几颗中继卫星等),给出了不同的测轨流程和方法。为了进行仿真计算,本文针对TDRSS的具体情况,给出了生成仿真观测资料和相关数据的方法,分析了仿真计算的功能。初步的部分试算表明,星-星跟踪对提高我国用户星的测轨精度确实具有重要作用;努力提高地球赤道同步卫星(中继卫星)的测轨精度,可以大大简化TDRSS用户星的测轨流程,有利于用户星的轨道确定。     

人造地球卫星有摄初轨计算的单位矢量法

本文根据单位矢量法测轨原理,给出了利用人造地球卫星测角资料测定有摄初轨的一种方法。其主要特点是: (1)既适用于测角资料,也适用于测距资料和测速资料,并适用于这些不同类型资料的各种组合; (2)适用于任意偏心率、任意轨道倾角的人造地球卫星; (3)有利于提高初轨测定精度,并改善整个计算过程的收敛性。 实际计算表明,只要具有适当的观测弧段,这种有摄初轨的单位矢量法是可靠的,有效的,可以推广应用。     

低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法

针对我国地面测站对高轨卫星监视能力缺乏的问题,提出一种低轨卫星对高轨卫星仅测角初轨计算方法。该算法引入天基跟踪坐标系,消除测距信息影响,建立仅测角观测方程;引入法向运动,增加摄动因素影响,建立扩展拉普拉斯动力学模型;推导分析观测模型和动力学模型的关系方程,将初轨计算问题转换为非线性方程求解问题,利用高斯全主元消去法完成方程求解。通过实战和仿真测角数据对方法进行检验,结果表明,该方法能利用仅测角数据对非合作目标进行初轨确定,精度在公里量级,可为我国地基监视系统提供补充参考。     

基于UKF的测速定轨实时算法

针对多测速元定轨测量方程非线性强的特点，引入了UnscentedKalman滤波。UnscentedKalman滤波通过设计少量的sigma点，并计算这些点经过非线性函数的传播，获得滤波值基于非线性方程的更新，从而避免扩展Kalman滤波线性化等缺点，提高了滤波精度。仿真结果表明，UnscentedKalman滤波方法可以很好地实现测速定轨，在飞行器实时跟踪领域具有较好的应用价值。     

联合星间测距和测速的导航星座自主定轨研究

导航卫星通过星间观测完成定位,是提高星座生存能力的一项重要技术。在测距资料的基础上,增加测速资料进行定轨。给出了基于星间观测的定轨数学模型,证明了联合测距和测速的定轨同样存在秩亏问题,使用参数加权平差算法,顾及先验信息对星间观测资料进行平差,以Walker星座为例对算法性能进行评估。结果表明:增加测速资料后,星座位置精度略有提高,速度精度显著提高。     

超长弧段的无摄初轨计算方法

本文提出了一种适用于超长弧段(Δθ>90°或相邻两圈甚至更长)的无摄初轨计算方法,不仅可解决多数初轨计算中长弧段轨道计算的发散问题,而且在可以忽略摄动量级的条件下,能提高轨道半长轴的测定精度。经测距、测角资料的初步实际计算表明,该方法是可靠的,在工程任务中尚可进一步考验和完善。     

超长弧段的无摄初轨计算方法

本文提出了一种适用于超长弧段(Δθ>90°或相邻两圈甚至更长)的无摄初轨计算方法，不仅可解决多数初轨计算中长弧段轨道计算的发散问题，而且在可以忽略摄动量级的条件下，能提高轨道半长轴的测定精度。经测距、测角资料的初步实际计算表明，该方法是可靠的，在工程任务中尚可进一步考验和完善。     

一种有效提高超大偏心率轨道初轨确定精度的新方法

针对某型号航天器的运行轨道偏心率大、轨控结束后可用于初轨确定的测轨数据少的特点,提出了一种能有效提高超大偏心率短弧段初轨确定精度的新方法。该新方法将轨道改进的思想融入初轨计算方法中,使之既适用于各种偏心率轨道的初轨计算,也适用于各种偏心率轨道的长弧段、多圈、多站数据的轨道改进;解决了传统初轨确定方法超大偏心率轨道短弧段初轨确定误差偏大的问题。通过任务实测数据的检验,新方法适用于各种偏心率轨道,并且超大偏心率轨道的初轨确定精度明显优于传统方法。     

纳卫星激光反射器光机设计及激光测距分析

针对我国首个大气密度探测纳卫星高精度测轨应用需求,设计了重量约112g、有效反射面积大于1cm2、外形尺寸为Φ96mm×20mm的轻型八棱台结构被动型激光反射器,作为无功耗载荷应用于纳卫星激光精密测轨,解决了纳卫星高精度独立测轨和外部轨道精确标定问题。利用地面激光测距台站开展卫星跟踪和精密测量,提供亚厘米级精度的激光测量数据。根据激光雷达测距方程及地面测距系统参数,分析了纳卫星激光回波信号强度,以及激光观测数据精度。测量结果表明,纳卫星激光反射器设计结果与实测数据相符,测距数据精度达8~9mm,可以满足纳卫星高精度激光测距要求,并支持卫星精密定轨及大气密度探测科学任务。     

全测速测元弹道计算的数据融合算法与应用

针对“全测速”测元条件下弹道计算的数据融合问题,就数据融合中初值的确定、最优节点的搜索、样条基函数的选取、数据融合模型的数值解法等方面进行了分析与讨论,并给出一种适用于“全测速”测元条件下弹道计算的数据融合算法,经试用表明：该算法不仅具有良好的收敛性、稳定性,而且有着很好的数据融合效果,弹道计算的精度与“测距-测速”混合条件下数据融合弹道的精度相当。     

中继卫星系统对用户航天器快速测定轨能力分析

针对快速交会对接方案提出的航天器两圈实现变轨的可行性,使用太阳活动平静期的用户航天器四程测距数据,并结合中继卫星观测模型设计磁暴期航天器仿真测距数据,使用动力学定轨方法进行计算分析,论证了中继卫星系统对用户航天器的快速测定轨能力,解算出的航天器轨道根数精度为快速交会对接机精度分析提供了参考。     

中继卫星系统对用户航天器快速测定轨能力分析简

针对快速交会对接方案提出的航天器两圈实现变轨的可行性,使用太阳活动平静期的用户航天器四程测距数据,并结合中继卫星观测模型设计磁暴期航天器仿真测距数据,使用动力学定轨方法进行计算分析,论证了中继卫星系统对用户航天器的快速测定轨能力,解算出的航天器轨道根数精度为快速交会对接机精度分析提供了参考.     

影响奔月飞行器定轨精度的误差源分析

以探月工程为背景,讨论在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟方法对影响奔月飞行器定轨精度的误差源进行分析。重点考察了观测量精度、初始时刻先验轨道误差、测量船点位误差以及观测资料类型等对奔月飞行器定轨精度的影响。结果表明提高观测量精度和减小测量船点位误差将有助于提高定轨精度,以及采用USB测距、测速和VLBI时延、时延率联合定轨能够提高定轨和轨道预报精度。     

基于地月三角平动点的卫星自主定轨

近年提出了利用地月系平动点建立深空导航星座的设想。在受太阳摄动的真实力模型下,地月系平动点是不稳定的,从而会导致导航星座必须通过控制才能定点在特定区域。针对此问题,引入一种特殊的平动点轨道,即动力学替代轨道。平动点轨道卫星星座可利用星间测距数据自主定轨,由于动力学替代轨道具有长期稳定性,整个自主定轨过程不需要来自地面的测控支持,且定轨精度可达到观测精度。研究结果表明,观测资料的长短、导航卫星垂直白道面的运动分量都将影响到导航星间的自主定轨精度。该研究成果可以应用在以后的地月系导航星座中。     

基于GPS测速信息的不匹配误差诊断

利用多普勒频移观测量,采用双差技术可以确定高精度的测速信息,提出了利用测速信息对定位结果进行误差诊断的方法。应用此方法可以进行数据有效性检验、异常点与跳变系统误差的识别,提高定轨精度;还可以在定位数据有少量超差时对其进行重构。仿真与实测数据处理结果表明,该方法计算简单、精度较高、实用性好。     

基于遗传算法的单站测速数据定初轨技术研究

只有单站测速数据的情况下,传统的定轨方法难以实现初轨确定.将遗传算法应用于定轨实践,实现了无初值条件下单站测速数据初始轨道确定,并能满足收敛要求,为缓解测控资源紧张提供了重要支持.在中巴“资源一号“卫星的长期测控任务中应用,证明了本方法的有效性.     

USB测距电离层延迟误差分析

在微波统一测控系统中，地面对航天器的跟踪主要是通过无线电波传播来完成。电波在穿过电离层时，其传播速度和角度都要发生变化，从而影响外测精度。载波相位在电离层中以相速度传播，而调制信号以群速度传播。根据群速度和相速度的关系，对统一S波段测控系统（USB）测距测速数据进行分析处理，从而提出了测距的电离层延迟误差的分析方法。     

三向测量模式在嫦娥三号探测器中的应用

以嫦娥三号探测器的三向测量跟踪数据为依据,利用最小二乘方法分析站间钟差,在5阶拟合计算中实现了ns级的拟合精度;然后使用探测器精密星历对三向测轨数据进行标校,经过修正后的测距系统差达到10m量级,拟合噪声水平优于1m;最后将三向测量数据应用于探测器的定轨、着陆点定位和动力下降段的弹道计算,其中环月段100km×15km轨道计算结果与精密定轨相比较偏差百m级,120km×70km轨道计算结果与精密定轨相比较偏差10m量级,月面定位与双程测距加时延定位结果相比较偏差10m量级。     

天基光学空间目标监测的初轨确定

针对天基空间目标光学监测时初轨确定（IOD）困难的问题，讨论了计算结果收敛到平凡解的本因，提出了消去平凡解的改进定轨流程。通过构建Laplace初轨确定方法的八次方程，分析了空间目标处于不同相对位置时方程系数和根的性质之间的关系。针对传统Laplace型初轨确定方法收敛到观测平台轨道的现象，给出了平凡解的数学表征和数值验证并提出了消除方法。由于基于Lambert问题利用距离搜索的初轨确定方法进行天基目标监测时对初值相对敏感，利用平凡解消除方法对Gooding法进行了改造，提出了一种适用于天基空间目标初轨确定的方法与流程。最后利用低轨目标监测的实测数据和高轨目标监测的仿真数据对方法进行了验证。结果表明本方法可有效解决平凡解和初值敏感问题，方法具有收敛速度快、精度可靠的特点，且具有普适性，易于理解，便于推广。