用单站跟踪数据确定静止卫星轨道

用单个地面站跟踪静止卫星可获得两种跟踪数据,地面站的天线指向和距离。本文分析了用单站确定的卫星轨道参数与跟踪数据及其精度的关系。     

用电视信号测得的距离进行通信卫星的轨道确定

确定通信卫星轨道时,人们通常是采用由一个或多个地面站测得的距离和角度跟踪数据。最近提出了一种由电视同步信号得到精确距离数据的方法,1982年11月份已用于天狼星联合试验。以这种方法获得的测距数据能令人满意地用于卫星轨道确定过程。     

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。     

确定近地卫星轨道的滤波理论

本报告介绍弘贤多用途轨道统计处理系统(KOSMOS)的数学说明及其在确定近地卫星轨道中的应用。数学说明包括时间、坐标、卫星动力学、摄动及其差分方程、雷达跟踪方程和轨道统计确定理论问题。为估计用于轨道确定的各种滤波理论方法的精度,我们利用KOSMOS程序做了广泛的仿真研究。从胜浦、增田和冲绳跟踪站所产生的距离和距离变化率观测数据,我们发现,利用推广序贯处理和状态噪声补偿法(SNC)可以获得同观测精度相当的准确度。我们给出的证据还表明,对于一组足够密的观测数据来说,通过动力学模型补偿法(DMC)按推广序贯处理可以获得非模型的加速度。同时还指出,DMC补偿法可以提高卫星状态的估算精度。但是,必须付出增加处理时间的代价,该补偿法的处理时间约为SNC补偿法的两倍。此外,还介绍了U—D协方差的因式分解法,并利用这种方法研究了观测数据的类型和精度的影响以及错误仿真观测噪声大小的影响。     

用单站测角精确确定及预报轨道

本文提出了利用单站的视角跟踪数据精确地确定近地卫星轨道的问题。然后,讨论对几个月后轨道预报的持续影响问题。已经证明,在适当的条件下,可以获得相当高的精度,并且根据红外天文卫星(IRAS——于1983年1月发射)的飞行经验,介绍其精度分析结果。     

同步卫星跟踪系统的光学校准

为了减少跟踪系统的系统误差,研究了一种精确校准距离和角度观测值的方法,这样就提高了同步卫星的测轨准确度。该校准方法基于这样一种测轨原理,即采用单点光学角度观测值加上无线电跟踪观测的测轨。利用这种测轨方法,我们在确定轨道根数的同时,估计出观测偏倚参数,其中包括地球模型不准确而带来的影响。我们在鹿岛地面站进行过这种实际的校准实验,实验证明,测轨准确度极高,经过一天的测轨之后,卫星距离的预报误差在四天之内不会超过几米。     

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.     

近地卫星轨道确定技术的现状和发展趋势

本文叙述了作者对近地卫星轨道确定技术目前状况和将来趋势的看法。文中只讨论不载人的人造卫星,“近地”定义为地球同步距离之内的卫星。文章评述了轨道确定系统的各主要组成部分以及每一部分各要素的演变情况,概述了当前轨道确定过程可达到的典型精度以及限制上述精度的各因素,并列举了当前改善轨道确定过程所用动力学模型的几个例子;介绍了近地卫星轨道确定方面将来的某些发展趋势,其中包括星上定轨和实时定轨方面的一些方案和试验。     

用于同步轨道确定的地面站天线指向性能

本文给出了雷杜站跟踪欧空局ECS-1和OTS-2通信卫星所得近一年的角跟踪数据进行精度鉴定的结果。可从另一个地面站得到另外的测距数据的时间内,可以以较高的精度直接测出这些误差。测得的角误差代入相应的解析式中,就可以预测用类似跟踪系统对于其他同步轨道任务的定轨精度。     

单颗导航卫星的轨道确定

讨论在导航星座只有一颗卫星时，不依赖于时间同步系统的卫星定轨策略和精度分析。采用历元间差分算法，在消除钟差的主项（低频）误差后，将伪距和相位数据转化为等价的积分Doppler数据，并对其建立测量模型。仿真分析表明，此时不需要知道钟差参数而定轨算法收敛。为进一步验证此定轨方案的可行性及其定轨精度，利用实测的GPS数据进行轨道确定计算，计算结果表明，采用历元间差分算法，利用国内观测台站3天弧段的观测资料对单颗GPS卫星进行定轨，其径向精度优于10m，利用其对国内定位用户的用户距离误差URE可达13．8m。     

用一种经济的跟踪系统进行米级同步卫星轨道确定

本文提出了一种精度高而费用低的地球同步(GEO)卫星的跟踪系统。其主要组成是:两个GEO卫星、四个自动化地面站和一个甚长基线干涉仪(VLBI)系统。已证明GEO卫星的位置精度可达1～1.5米,优于以往任何GEO卫星的定位精度。用一种快速简便的初始算法可产生一种高效稳定的两步准牛顿-莱弗森轨道确定方法。以90年代VLBI的预期特性为基础,研究了双差分测距、动力学模型以及取决于算法的线性协方差分析。结论是:主要误源是GM误差、站址误差和系统性测量误差;噪声最小协方差分析并不适用,良好的跟踪几何和可观测性远比高数据率和低测量噪声重要;其次,必须考虑太阳辐射压加速度的不确定性。     

利用GPS进行精密轨道确定

全球定位系统(GPS)完全布满卫星后,将成为近地卫星的精密轨道确定(POD)强有力的工具。该系统具有连续跟踪覆盖能力,不仅可实现传统的动力学精密轨道确定方法,而且还可进行运动学轨道确定。来自至少四个GPS卫星的伪距测量值,通过载波相位测量值的平滑,可测定天线相位中心的地心位置和用户卫星的时钟修正值,因而后一技术不需要用户卫星受力的动力学模型。运动学法对测量模型的影响非常敏感,如GPS星历误差(给定的或求解的)、信号的多径、接收机噪声等等;然而,动力学方法又受参数误差和/或力模型不完善的影响。为此研究出一种利用过程噪声补偿对运动学和动力学算法进行加权的混合方案。本课题的中心点是利用仿真辅以协方差分析,研究这几种定轨方法。建立了几种动力学和测量误差模型,这些模型造成的轨道不确定性与处理实际GPS数据而估计的星历误差大致相当。协方差分析经调整能反映这些误差,能看出各种滤波技术的特性。     

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。     

哥达德距离和距离率系统与并置的激光系统跟踪测地卫星的相互比较

NASA正在进行测地卫星1号(GEOS—A)卫星观测系统的相互比较研究。作为该项研究的一部分,用并置的哥达德距离和距离变化率(GRARR)系统及哥达德激光跟踪系统对GEOS—A卫星进行了跟踪。从1966年7月至11月,北卡罗莱纳州罗斯曼的GRARR站对该卫星的17次过境做了观测,并对其中的10次做了鉴定。在该项研究中,激光系统的跟踪轨道用作GRARR系统的基准轨道。激光数据用GEOS—A数据调整程序(GDAP)进行了平滑,以笛卡尔座标位置和速度矢量的形式给出所选历元时刻的基准轨道。数据鉴定表明,可用激光跟踪轨道来检测距离和离变化率中的系统误差,其精度分别可达2米和1厘米/秒。利用所测的GRARR数据和激光轨道数据,由GDAP计算出每次过境(10次中的7次)中的平均距离零位偏倚误差为-5.3米,标准偏差为±2.5米。其他3次过境均被剔除,因为其偏离均值的偏差高达30米。测距-定时误差确定为-2.1±1.2毫秒。消除系统误差后,未经平滑的距离数据的均方根噪声分量为6.8米。认为应答机延迟曲线的误差导致了GRARR的距离偏倚和定时误差。对GDAP的距离变化率残差做了折射修正,并用序贯最小二乘回归程序估计了各距离变化率误差模型的系数。没有发现明显的距离变化率零位偏倚。观察到距离变化率总有-0.20±0.02毫秒的定时误差,但其原因不详。发现的频率换算因子误差为10~(-5)。消除了这些系统误差之后,未经平滑的距离变化率数据的均方根误差分量为1厘米/秒。     

用于低轨卫星精密轨道确定的简化动力学法

全球定位系统(GPS)的测量量可促成一种简化动力学法,用于近地卫星的近厘米级定轨。利用这种方法,不同观测时刻的卫星状态问的转移由正规的动力学模型和由连续GPS载波相位数据以运动学法导出的卫星位置变化来完成。动力学信息和运动学信息间的相对权重可自由变化。协方差分析表明:当观测几何差而动力学模型好时,模型支配着状态转移的计算;动力模型差而观测几何好时,载波相位统治着状态转移的计算;而当运动学和动力学信息间没有明显优劣时,简化动力学联合法可显著提高轨道精度。本文给出简化动力学法中准最佳的择权准则,并研究了求解精度对权的敏感性。     

用于低轨卫星精密轨道确定的简化动力学法

全球定位系统(GPS)的测量量可促成一种简化动力学法，用于近地卫星的近厘末级定轨。利用这种方法，不同观测时刻的卫星状态间的转移由正规的动力学模型和由连续GPS载波相位数据以运动学法导出的卫星位置变化来完成。动力学信息和运动学信息间的相对权重可自由变化。协方差分析表明：当观测几何差而动力学模型好时，模型支配着状态转移的计算；动力模型差而观测几何好时，载波相位统治着状态转移的计算；而当运动学和动力学信息间没有明显优劣时，简化动力学联合法可显著提高轨道精度。本文给出简化动力学法中准最佳的择权准则，并研究了求解精度对权的敏感性。     

轨道测量差分精确定轨方法

航天器轨道精确测定重要环节之一是有效地消除观测系统误差,在轨道测量数据处理时,一类是利用轨道约束自校准技术来估算和校准系统误差,另一类可以应用测元差分方法来消除系统误差(例如导航卫星测定目标)。本文提出一种新的差分技术,即利用观测数据时序差分消除系统误差技术,并推导相应确定航天器轨道的公式。     

最小二乘递推估计在人卫轨道改进中的应用

一、引言利用大量观测资料精确确定人造地球卫星的轨道,通常称为轨道改进。它能给出精确的轨道根数,为预报卫星位置,跟踪和各种应用提供可靠的依据。传统的天体力学轨道改进是根据少量的光学观测资料,用经典最小二乘法(使残差平方和达到极小)来求解的。而近年来出现了很多新的观测技术(如雷达、多普勒、激光等),在一次观测弧段中可以得到大量的精确资料。为了充分利用这些多资料的测量信息,以提高轨道改进的精度,最小二乘估计理论(即近代最小二乘)的应用是有利的。由于轨道改进是“事后处理”工作,而不是卫星的实时跟踪,因此,采用最小二乘的逐     

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。     

利用姿态测量数据确定卫星初始轨道

提出了一种利用姿态测量数据确定卫星初始轨道的新方法。姿态确定后,根据卫星姿态与位置函数的关系,可确定位置矢量的方向数。采用三个不同时刻的测量值,根据飞行时间定理和几何约束条件,得到卫星轨道的解析方程。利用微分校正法解方程即可得卫星轨道参数,最后对卫星多种姿态及飞行轨道进行了仿真计算,结果显示迭代算法收敛,证明此方法是可行的。