精密单点定位零基准非差模糊度固定方法

精密单点定位作为一种全球卫星导航系统高精度定位方法,模糊度固定是决定其定位精度和收敛时间的关键因素,也是实现精密单点定位完好性监测的前提条件。传统的精密单点定位模糊度固定方法采用星间差分的形式,忽略了卫星端相位偏差的快速变化特性,当切换基准卫星时导致用户计算复杂度增加,甚至需要重新固定模糊度。针对上述问题,设计了一种零基准非差相位模糊度固定方法：服务端采用零基准条件估计卫星端硬件偏差小数部分,用户端使用服务端产品固定非差载波相位模糊度,从而得到精密单点定位模糊度固定的坐标解。创新设计一种偏差零基准精密单点定位模糊度固定策略,实现了非差形式的模糊度固定,从而避免参考星的切换所带来的精密单点定位模糊度重新固定问题,并且能够为精密单点定位完好性监测提供算法基础。实验验证结果表明,零基准模糊度固定方法的坐标估计精度优于3cm,相比浮点解精密单点定位方法提高30%～44%,并且能够改善E方向与N方向的精度差异。     

利用GPS非差观测值的GRACE卫星精密定轨

参照GPS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）模型设计了一种新的卫星定轨方法一组合星载加速度计测量数据和IGS提供的GPS精密星历及精密钟差数据进行低轨卫星的精密定轨。利用星载加速度计提高卫星受力模型准确性，使动力法定轨精度和可靠性都得到提升。同时，采用多种改正技术提高GPS非差观测值测量精度，保证最终高精度卫星定轨。本文建立了卫星定轨的轨道滤波模型，得出了有益的结论，即采用星载加速度计测量卫星非保守力可提高卫星定轨精度，在ITRF2000参考系下三轴精度优于18cm。这种方法不需要在全球建市基准观测站．定轨设备简单．费用低廉．     

精密测距的动态数据处理

无线电精密测距是通过无线电测量飞机、舰船、导弹等目标的精确距离和速度信息。根据飞机实际中的运动情况建立动态模型,采用适合于工程应用的新型自适应α-β滤波器对测距值进行实时动态处理,然后经过详细的MATLAB仿真,验证了动态滤波算法在保证实时性的前提下可以提高测距精度。     

精密卫星钟差分形插值算法研究

研究发现精密GPS卫星钟差时序满足三阶平稳假设,由此提出了计算卫星钟差分形维的多阶分形变差法,进而提出了基于分形维确定垂直比例因子的精密卫星钟差分形插值算法。将新方法应用于2010年8个节气日的32颗GPS在轨卫星钟差分形维计算,并选取Block IIA、IIR和IIR\|M各2颗卫星进行钟差插值精度比较。结果表明,分形维可作为定量描述卫星钟差动力学特征的不变量指标;分形插值算法优于三次样条和切比雪夫算法,可以满足快速与高采样率精密卫星钟差应用需求。     

扩频精密测距的动态数据处理技术

精密测距技术是导航定位系统进行定位和实现远距离时间同步的有效途径。如何在不影响实时性的前提下提高测距值的精度，对导航定位系统时频系统的建立具有重要意义。文章不同于通常的GPS动态滤波，而是直接对测距接收机测得的距离值进行建模，并应用自适应卡尔曼滤波对测距值进行实时动态处理。然后比较所建立的动态模型与实际应用中卫星与地面站间的距离模型的吻合程度，经过详细的MATLAB仿真，验证了动态滤波算法在保证实时性的前提下提高了测距精度。     

HY-2卫星DORIS厘米级精密定轨

"海洋二号"(HY-2)卫星搭载了新一代DORIS接收机,可提供双频相位和伪距测量数据。针对HY-2卫星的RINEX 3.0格式的相位测量数据,研究了一种区别于传统相位观测数据处理的历元间差分处理方法,将相位观测数据转换为距离变化率观测数据,并进行相关误差修正,建立了HY-2卫星的宏表面力和经验力等摄动模型,基于动力学定轨原理实现了基于DORIS相位观测数据的精密定轨。利用HY-2卫星的DORIS实测数据进行定轨,初步计算结果表明,径向轨道误差优于2cm、三维位置误差约10cm,满足HY-2卫星应用的厘米级轨道精度需求。     

基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术与在轨试验验证

随着自动驾驶、精密农业等领域的发展,各领域对高精度导航定位的需求不断增加。在地基增强技术、高轨星基增强技术和传统非差精密单点定位技术的基础上,提出了一种基于低轨卫星增强的非差高精度导航定位技术,研制了基于低轨导航增强技术的低轨导航增强载荷,开发了基于低轨卫星增强的地面自适应卡尔曼滤波非差高精度定位软件,并进行了全球首次基于低轨卫星的信号信息一体化导航增强在轨试验。试验表明:经低轨卫星增强后,地面终端用户定位精度优于30 cm。最后,给出了该技术的后续研究方向,为未来低轨导航增强系统与其他增强系统协同工作,实现广泛应用奠定了基础。     

单差PPP相位偏差估计方法及有效性分析

针对常规浮点解精密单点定位收敛时间长的问题,分析了PPP模型中模糊度不具备整数性质的原因,采用方向数据统计的计算方法,以单差模糊度为研究对象,对相位偏差进行了建模估计。算例从精密单点定位单差模糊度固定、定位精度以及收敛速度等方面对相位偏差改正的有效性进行了分析,结果表明,经相位偏差改正后的PPP模糊度固定成功率、收敛速度有了明显提高,定位精度较浮点解提高了一个量级。     

基于星历拟合的短弧运动学定轨

当导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,传统的统计定轨理论难以实现精密定轨。首次提出 了基于10参数星历拟合的短弧运动学定轨方法,建立和推导了相应的理论模型和定轨解算方 法。其优点在于不仅能够反映卫星运动的物理学特征,提高了速度和轨道预报精度,而且不 需要累积数据,实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得速度信 息的不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10分钟短弧运动学定轨的位置精 度优于10 m,速度精度为2 cm／s,预报5分钟轨道精度为15.02 m,满足了短弧跟踪条件下R DSS对轨道精度的要求,实现了卫星精密定轨。
     

高同轴度精密零件的加工方法

轴类、壳体类精密零件两端内孔（或孔与轴）之间，同轴度要求高，不能在一次装夹中加工完成，达不到精度要求。调头分两次装夹加工，存在装夹定位误差，保证不了精度要求。用增加径向辅助定位面，使轴向和径向定位误差得到补偿，较好地达到了同轴度要求。     

重复使用运载火箭精确回收滑模动态面控制

针对可重复使用运载火箭一子级再入垂直着陆阶段，利用滑模动态面控制(SMDSC)技术设计了一个精确垂直回收控制策略。首先考虑运载火箭的燃料消耗、质心变化及转动惯量摄动等特点，建立运载火箭一子级返回段动力学模型。然后针对范数有界的不确定性和有界连续的未知干扰，设计一个滑模状态观测器和一个自适应参数估计器用于获得其估计值；随后，基于获得的状态估计值和未知参数估计值，设计了一个基于自适应动态面技术的跟踪控制律。最后，通过数值仿真，对比两种不同控制策略下的运载火箭垂直返回姿态角跟踪能力。结果表明，采用本文提出的自适应滑模动态面控制策略具有更好的跟踪效果.     

基于多站数据融合的参数精估计方法

针对侦察设备处于星载SAR副瓣照射范围,从而导致截获信号湮没于强噪声背景这个问题,本文提出一种基于多站接收机之间的数据融合方法。在信号形式未知的情况下,通过此方法可以检测出淹没在噪声中的微弱信号,进行信号的分类和时频域参数的精估计。首先,将参考接收机与其他接收机之间进行互相关处理,得到峰值信息,根据峰值信息的位置得到信号与参考信号之间的延迟位置,进行延迟校准;其次,各个接收机分别进行粗步长的分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform,FrFT）,记录峰值信息为精估计做准备,根据峰值角度和分数阶傅里叶反变换恢复出原始信号;最后,判定是否存在信号,若信号存在实现多站原始信号功率比的加性融合,根据多站峰值信息限定旋转角度范围,采用精步长的分数阶傅里叶变换估计出调频率和中心频率;利用联合互相关谱实现信号能量的累积,采用自适应门线和边界波谷连续取小方法,找到信号存续状态中的左右边界,估计出带宽和中心频率,计算脉宽,实现时频域信号的精估计。仿真实验表明：该方法可以在低信噪比的高斯白噪声和有色噪声背景下,对线性调频信号（Chirp）的时频参数进行有效的精估计。     

利用星载GPS数据进行海洋2A卫星快速精密定轨

针对海洋2A(HY2A)卫星快速精密定轨的需求,本文基于非差动力学方法,利用国际GNSS服务组织(IGS)和上海天文台GNSS数据处理中心（SHA）提供的超快速星历产品IGU和SHU,对HY2A卫星进行快速精密定轨研究。计算结果表明,以法国国家空间研究中心(CNES)提供的精密轨道作为参考轨道,联合超快速星历SHU和IGU的预报星历,可以确定径向厘米级精度的快速轨道。同时利用卫星激光测距（SLR）数据检核快速精密轨道,得到 SHU和IGU预报星历确定的快速精密轨道站星距方向残差的RMS分别为2.9和4.8cm。可见,利用SHU和IGU预报星历组合可以得到厘米级的快速精密轨道,对HY2A卫星的海洋环境监测和海洋灾害预警具有一定应用价值。     

基于Hexapod的精密跟瞄平台研究

针对精密光学设备的空间应用,设计了基于并联机构的空间高稳定精密跟瞄系统。利 用所设计的宏／微双重驱动复合作动器和精密铰接元件,研制了精密跟瞄Hexapod平台原理 样机,考虑到精密跟瞄系统的特点,开发了包括宏动控制系统、微动控制系统和检测系统在 内的实验测试系统,并利用实验初步测试了Hexapod平台原理样机关键性能。由实验结果可 知,平台原理样机的转动范围超过10°,最高开环转动速度大于5 deg／s,经压电微动部 分补偿后的平台静态定位误差小于5 μrad,通过主动控制使扰动振幅衰减至噪声水平 ,可用于驱动有效载荷以较高的速度在较大范围内搜索目标并具有较好的静态定位精度和稳 定性。
     

同波束VLBI技术用于月球双探测器精密定轨及重力场解算

同波束VLBI通过同时观测两个探测器的多点频信号,可以得到两个探测器之间高精度的差分相位时延,日本月球探测计划SELENE充分体现了这一技术在月球探测器精密定轨中的贡献。本文针对采样返回的月球探测任务中,轨道器和返回器同时绕月飞行期间,研究利用同波束VLBI跟踪数据在探测器精密定轨和月球重力场仿真解算中的贡献。结果表明,加入同波束VLBI跟踪数据之后,探测器定轨精度有显著提高,改进超过一个量级。综合同波束VLBI跟踪数据解算得到的重力场模型相比于传统的USB双程测距测速数据,中低阶次位系数精度有明显改进,并且定轨精度有望能达到米级。
     

Precise modelling of solar and thermal accelerations on Rosetta

This paper presents an analytical approach for the high-fidelity model of the accelerations induced by the Solar Radiation Pressure (SRP) and the Thermal Recoil Pressure (TRP) on ESA’s Rosetta spacecraft. The relevant gravitational forces that are induced by planets, moons, and asteroids can readily be incorporated for predicting interplanetary trajectories. However, there are additional perturbation forces that cause residual errors in the orbit determination process. These are the so-called “small forces”, which are mainly induced by the SRP and TRP effects and are often not modelled adequately or not completely. In the case of deep-space missions, the spacecraft travels a wide range of distances relative to the Sun. This makes the spacecraft exposed to a wide range of solar fluxes and surface temperatures. This paper establishes a high-fidelity acceleration model, which enables more precise orbit predictions for interplanetary spacecraft. The application of the model is demonstrated and validated using the orbit determination data and in-flight temperature data of the Rosetta spacecraft.     

月球精确定点软着陆轨道设计及初始点选取

研究了一种应用参数化控制求解月球探测器精确定点软着陆最优控制问题的方法。 首 先用约束变换技术将不等式约束进行了近似处理,而后利用若干个分段的常数去逼近最优解 ,再根据强化技术通过时间轴上的变换,将每一段参数的持续时间转变为一组新的参数,于 是最优控制问题被转化为一系列参数优化问题。最后应用经典的参数优化方法即可求得最优 控制函数的一个近似解,通过增加参数个数,重复优化得到逼近连续最优解的参数化解。同 时在优化过程中考虑了制动初始点的选取对结果的影响。仿真结果表明了所提设计方法是简 单、有效的。〖JP〗