岸船卫星双向时间比对精度估算与校正

针对岸船卫星双向时间比对中船载时统站空间运动引起的对时误差估算问题,通过分析测量船六自由度运动规律,从而选定考察点,建立测量船质心坐标系;提出在一个对时周期内(约0.27s)船载站考察点空间运动总量估算模型,并给出岸船卫星双向时间比对精度估算方法。在分析测量船各维度运动量对岸船对时精度影响的基础上,得出了校正公式。计算结果表明:正常测量工况下,岸船卫星双向时间比对精度优于9ns;基于现有测量手段,校正后岸船卫星双向时间比对精度可达3.41ns(3σ,取陆基站间对时精度为1ns)。     

卫星双向时间比对的设备时延标定方法

卫星双向时间比对的设备时延包含在伪码测距的测量值之中,精确标定设备时延是提升卫星双向时间比对精度的关键。针对卫星双向时间比对中的设备时延标定问题,提出了一种基于同源零基线测量的设备时延标定方法,将中国科学院国家授时中心的1套3.7m天线地面站和2套5m天线地面站并址安装,3套地面站同时进行卫星双向时间比对模式的观测,以此来标定3套地面站之间的设备时延相对值。试验结果表明,该方法可使设备时延标定的精度达到亚ns量级,能有效减小设备时延对卫星双向时间比对精度的影响,对于多个地面站站间时间比对具有一定的实际意义。     

地球静止卫星精密测定轨技术的现状及发展

介绍并分析了针对地球静止卫星的各种高精度测定轨跟踪技术.指出测距系统的校正误差是常规测距跟踪网定轨在沿迹方向和法向的主要误差源,为保证一致的卫星三维位置解算精度,应利用高分辨率的角度观测约束信息来有效地降低测距偏差对轨道确定的影响,或者利用天地基联合定轨的低轨卫星运动几何在轨道改进的同时精化测距偏差.     

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。     

一种标定中继卫星SSA转发器距离零值的试验方法

中继卫星对用户航天器具有测距功能,中继卫星前/返向SSA(S频段单址)转发器时延引入的距离零值对用户航天器测距数据系统误差的贡献不容忽视。针对中继卫星SSA转发器距离零值不易直接测量的问题,给出了一种标定距离零值的O-C试验方法,并根据连续多天实测的中继卫星多站测距数据和中继卫星对固定模拟测试站四程测距数据标定了2颗中继卫星S频段单址转发器的距离零值,验证了试验方法的有效性。标定结果进一步分离了中继卫星对用户航天器四程测距数据的系统误差,对提高用户航天器定轨精度具有积极意义。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

导航增强伪卫星时间同步技术与精度分析

以导航增强为背景,总结归纳了伪卫星工程应用中面临的四大技术难点:时间同步技术、星历编排广播技术、多路径效应和远近效应,并重点对时间同步技术进行了研究.伪卫星作为现有导航星座的补充卫星,一方面改善了星座的几何分布,而另一方面由于授时和时间维持能力有限,又会在原有测距误差的基础上引入新的误差.因此,在伪卫星引入时,需要定量地分析授时精度与几何分布两者之间的关系.通过将授时误差等效为系统误差,给出了在导航增强条件下的伪卫星授时精度要求不等式,该不等式受到伪卫星引入前后精度因子PDOP0和PDOP1以及用户测距误差标准差σUERE的影响;定量给出了伪卫星授时精度要求的性能要求,当授时精度满足不等式要求时,导航增强系统才能提高用户定位/授时精度.     

月球探测卫星的轨道支持

主要讨论采用月球卫星的探测方式时，月球探测器对测控系统的轨道支持要求和实现手段。重点对月球卫星转移轨道段的轨道测量和确定方法进行研究，利用仿真的地面站的测距和测角资料进行了定轨误差分析。     

北斗空间信号误差统计特征及描述方法研究

通过对比北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)广播星历与事后精密星历,提取了轨道和卫星时钟误差。基于北斗轨道误差及北斗卫星时钟误差统计特征分析,构建区别于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的BDS空间信号用户测距误差(Signal-In-Space User Range Error,SISRE)描述方法,对BDS广播星历中用户测距精度(User Range Accuracy,URA)进行了验证。6个月的北斗数据测试结果表明,北斗GEO、IGSO和MEO卫星的URA分别为3.0m、1.9m和1.6m。     

基于伪距信息的COMPASS-MEO导航卫星单星定轨分析

COMPASS-MEO导航卫星的伪距观测量包含星站距离、接收机钟差和卫星钟差以及各种噪声。本文首先分析了接收机钟差和卫星钟差在一定间隔内主要表现为线性变化的特性,可以考虑将接收机和卫星钟差作为测距的偏差和偏差变化率和轨道一起进行求解。其次,利用实测的MEO导航单星伪距数据,进行了数据预处理和定轨试验,分别对站间无时间同步信息和有时间同步信息两种情况进行定轨、残差分析和参数解算。使用重叠弧段、轨道预报和激光观测数据验证定轨结果的精度。结果表明,两种情况下的定轨结果无明显差别。该定轨方法可以运用于MEO导航单星精密轨道的计算。     

转发式测轨系统地面设备时延测量方法

受地面设备时延误差的影响,转发式测轨系统的卫星定轨精度受到严重制约。为实现卫星精密定轨,地面设备时延误差的精确补偿至关重要,因此需要对地面设备时延进行精确测量。采用一种外环设备时延测量方法,实现对转发式测轨系统地面设备时延的实时测量。经过试验验证和分析,结果表明地面设备时延测量稳定度优于0.3ns,修正地面设备时延误差后的卫星重叠弧段的轨道差RMS值优于2m。     

基于中继测量的环月探测器定轨能力分析

嫦娥四号月球探测拟首次实现月球背面的软着陆,测控与数传依赖地月L2平动点的中继卫星,并有望获取四程测量与星间测量数据。对基于中继测量的环月探测器测定轨能力进行了仿真分析,结果表明,中继卫星可较好地实现环月探测器连续跟踪;在定轨能力方面,中继卫星自身轨道精度是制约环月探测器定轨精度的重要因素,当跟踪弧段达到5h以上时,定轨精度趋于稳定,但轨道精度较中继卫星的轨道精度相差1个量级;对于星间链路测量,除中继卫星自身的轨道精度外,星钟的稳定性是制约定轨精度的另一个重要因素,如果辅助以每天1h的地基跟踪亦可实现优于百m的定轨精度。     

搭载小卫星轨道控制策略研究与实际应用

随着小卫星应用领域的日益广阔和小卫星数量的不断增长,对小卫星轨道控制技术的要求也越来越高。本文以某搭载小卫星(下面简称搭载星)为例,对太阳同步轨道小卫星的轨道特性、轨道控制策略等问题进行了较深入的探讨,并对变轨策略实施的理论计算结果和实测定轨结果进行了对比分析。     

数字卫星电视授时方法及其研究进展

为丰富和完善国家时间频率体系建设,提高现有定位导航与授时(PNT)体系的服务能力,中国科学院国家授时中心开展了基于数字卫星电视信号的授时方法研究,并搭建了一套数字卫星电视授时系统,实际测试结果表明其定时精度优于50ns(均方根).首先综述了数字卫星电视授时方法中的理论框架及其若干关键技术问题,然后介绍了在提高授时精度方面的研究进展,最后指出了数字卫星电视授时方法的应用场景和由此方法衍生出的电视卫星测定轨、目标定位等应用前景,并展望了未来的研究方向.     

基于圆形轨道的卫星位置递推方法

卫星无源定位系统对目标进行定位时,用于定位的卫星位置与时差或相位差等信息可能不同步,无法进行定位,需要把定位信息统一到同一时刻。针对这一问题,提出了基于圆形轨道的卫星位置递推方法,把卫星位置信息同其它信息统一到同一时刻,然后进行定位。该方法比常用的直线轨道递推方法误差更小,准确度更高,对提高定位精度具有较大应用价值。     

基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计精度分析

通过分析实时钟差估计的解算过程,实现了基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计,利用区域和全球数据、最终和实时轨道分别求解实时钟差,并将其结果与IGS实时钟差产品进行对比,分析GPS卫星实时钟差产品的精度。算例表明:采用IGS最终轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.2ns;采用IGS实时轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.25ns;IGS实时钟差产品平均钟差精度达到0.2ns以内。实时估计的钟差和IGS实时钟差产品精度差异有很大一部分是由于双方采用的钟差解算策略不同造成的,IGS实时钟差产品和IGS实时轨道产品是同一软件求解得到,符合性更好,且两种实时钟差产品在精度评定时选择IGS最终钟差产品为参考,这对IGS实时钟差产品的评估也会有利。     

Improvement of Satellite Tracking Accuracy Using Optical Observations

A method to improve satellite tracking accuracy is presented and discussed theoretically and experimentally in terms of two parts: correction for errors of the tracking system and correction of satellite orbit predictions. In the first part, it is concluded that the pointing error of the tracking system can be determined accurately using data from stellar observations, so that correction is possible with an accuracy of about 0.001°. In the second part, it is shown that apparent errors of satellite orbital elements can be deduced from the optical observation of one orbit, and one can track the satellite after the correction with high accuracy for several subsequent orbits. The accuracy is 0.1-0.2 mrad or better for satellites at 1000 km altitude when given orbit prediction accuracy is approximately 1°.     

Optical Calibration of Geostationary Satellite Tracking Systems

A precise calibration method for range and angle observation has been developed for eliminating the systematic error of tracking systems, thus improving the accuracy of orbit determination for geostationary satellites. The principle of calibration is based on an orbit determination employing a point of optical angle observation in addition to radio tracking observation, in which we estimate observation bias parameters simultaneously with orbital elements, including the effects of geodetic mismodelings. As shown by an actual calibration experiment in our ground station, orbit determinations is sufficiently accurate that the error of predicting satellite range falls within a few meters at four days after the day of orbit determination.     

Geostationary orbit determination for time synchronization using analytical dynamic models

A real time analytical orbit determination method has been developed for precision national time synchronization. The one-way time transfer technique via a geostationary TV satellite standard time and frequency signal (STFS) dissemination system was considered. The differential method was also applied for mitigating errors in geostationary satellite STFS dissemination system. Analytical dynamic orbit determination with extended Kalman filter (EKF) was implemented to improve differential mode STFS (DSTFS) service accuracy by acquiring better accuracy of a geostationary satellite position. The perturbation force models applied for satellite dynamics include the geopotential perturbation up to fifth degree and order harmonics, luni-solar perturbations, and solar radiation pressure. All of the perturbation effects were analyzed by secular, short, and long period variations for equinoctial orbit elements such as semimajor axis, eccentricity vector, inclination vector, and mean right ascension of the geostationary satellite. The reference stations for orbit determination were composed of four calibrated stations. Simulations were performed to evaluate the performance of real time analytical orbit determination in Korea. The simulation results demonstrated that it is possible to determine real time position of geostationary satellite with the accuracy of 300 m rms. This performance implies that the time accuracy is better than 25 ns all over the Korean peninsula. The real time analytical orbit determination method developed in this research can provide a reliable, extremely high accurate time synchronization service through setting up domestic-only benchmarks.