基于地标的静止轨道遥感卫星测定轨技术研究

在考虑地面站资源受限的基础上,提出了基于地标信息对静止轨道遥感卫星进行测定轨的基本原理,给出了根据地标图像和地面站测距结果进行定轨的计算模型。分析了卫星姿态确定误差、卫星及相机结构变形误差、相机空间分辨率、大气折射、地面站测距误差对该方法测定轨精度的影响。对地标和地面站个数多种组合以及无地面站情况进行了定轨仿真,并与自主轨道递推结果比较,结果表明:用基于地标的测定轨方法对静止轨道遥感卫星的定轨精度可达400m,并不受地面站资源限制和时间约束,多天自主定轨精度高于星上自主轨道模型递推结果。     

空间信息对抗中的单星对卫星无源定位跟踪方法

针对空间信息对抗中的侦察卫星变轨和对地面“静默”等特点，本文提出了一种基于UT(Unscented Transform)变换的UKF(Unscented Kalman Filtering)滤波跟踪方法，实现了单个侦察卫星仅仅测量角度对辐射卫星的轨道的无源跟踪和定位，经过计算饥仿真表明，仅仪利用单个卫星对卫星只测角定位是可能的，且在测角精度较高时，该方法的轨道跟踪精度可达1公里以内。     

两星一地时差定位方法性能分析

针对同轨多星定位系统以及高低轨联合定位系统需要卫星数量多的特点,设想地面站和卫星联合定位体制。考虑到时差定位体制对卫星运动不敏感的特征,提出一星三地和两星一地2种定位体制,从定位场景、定位原理、理论定位误差和误差分布4个方面对定位效能分析。重点论述了两星一地时差定位误差的地理分布、时间分布以及受高度的影响,对将来的工程化应用提供支撑。     

卫星数据首轨接收自动化运行与首轨遥感图像实时远程快视

2014年12月7日,中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星04星(以下简称CBERS-04星)发射成功。12月8日10时44分,在第15圈卫星轨道上,CBERS-04星首次打开全色相机并向地面发送遥感数据。中国遥感卫星地面站密云站即时接收首轨卫星图像数据,与此同时,在100km外的地面接收站网运行管理系统进行全分辨率快视。这标志CBERS-04星首轨遥感数据接收任务成功,也是在国内首次实现陆地观测首轨卫星遥感图像数据远程实时显示。4分钟后,三亚站开始首次接收数据,并实时传送至北京显示。11时25分,在第16圈轨道卫星首次向地面发送红外相机遥感数据。喀什站首轨数据接收成功,图像在北京实时显示。至此,3站首次接收的2部国产有效载荷首轨数据接收任务执行与远程实时图像快视试验一次成功。目前,地面数据接收站网正在执行CBERS-04星在轨测试任务。     

卫星星座整网轨道确定分析与仿真

编队飞行的卫星或卫星星座对轨道确定自主性和精度提出了较高要求。针对这个问题,通过建立星座的轨道动力学模型和星间观测的测量模型,将星座中的星间观测数据和地面观测数据融合起来,将待估的卫星轨道参数和部分动力学参数进行适当的分类,研究卫星星座整网轨道确定的新方法,并在理论上分析了整网定轨方法能提高定轨精度的原因;最后采用自主开发的卫星星座整网轨道确定软件进行了仿真计算。计算表明,该方法能有效地减少对地面站的依赖,并较大幅度提高定轨时卫星绝对位置和相对位置精度。
     

国内动态

我国北斗南极基准站启动运行2月3—4日,我国北斗卫星导航系统南极基准站启用仪式举行,这是我国首次在南极应用北斗卫星导航系统获取相关数据,为我国实现自主卫星导航系统应用和南极北斗测绘基准体系建立提供数据和技术支持。基准站今后将逐步升级改造,建设成南极地区北斗地面测控站,不仅可极大地提高我国南极科考测绘保障的自主性,还可提高北斗卫星导航系统的全球定轨精度。     

利用TDRSS信息的单向多普勒测轨方法

介绍了利用跟踪中继卫星系统（TDRSS）信息的单向多普勒定轨技术。分析了单向多普勒测轨的基本原理和系统组成，采用扩展卡尔曼滤波（EKF）法，推导用于自主定轨算法的卫星轨道测量状态及观测方程。讨论了影响滤波精度的状态变量和动力学模型精度等多种误差源及其该方法能达到的测轨精度。     

基于测距观测的静地卫星定轨精度分析

在卫星动力法定轨的协方差分析基础上,提出了一种针对地球静止轨道(GEO)卫星的简化定轨精度分析方法。根据GEO卫星的线性化状态转移方程,通过设定地面跟踪网坐标和卫星星下点经度计算叠加矩阵,由观测弧长和采样间隔直接计算定轨精度评定公式中的主要部分。公式扩展后,能比较各种系统误差源对定轨精度的影响,并将影响较大的作为附加参数纳入估计过程并重新评价定轨精度。用该法对10 m定轨精度的测距跟踪网优化设计和测距偏差对定轨精度的影响特性进行分析的结果表明,测量系统中的系统性误差可能以近20的放大倍率传播到卫星沿迹方向和法向,且不能通过自校准测距常值偏差提高定轨精度。     

月球重力场对“嫦娥一号”近月轨道的影响

2008年12月6日“嫦娥一号”卫星开始了为期半个月的变轨试验,卫星距离月球表面最近处 约为15 km,这在国内尚属首次。试验期间,国内USB和VLBI测控网进行了跟踪测量,获取了 卫星不同飞行高度的测轨资料。通过对变轨试验期间的USB和VLBI测量数据的定轨计算,分 析了月球重力场误差对于绕月低轨卫星的影响,计算表明,尽管目前的月球重力场模型高阶 项由于没有月球背面的测量数据而不准确,但对绕月低轨卫星的定轨精度提高仍然有重要帮 助。分析了VLBI数据对绕月低轨卫星定轨的贡献,比较了USB数据单独定轨以及USB和 VLBI联合定轨两种情况,结果表明VLBI数据的加入可有效提高定轨精度。该工作对于我国后 续月球探测工程具有一定的借鉴意义。
     

采用多站接力跟踪策略的再入返回器定轨精度研究

针对我国探月工程再入返回段分离前的精度要求,在无法实现对再入返回器的三向测量情况下,提出多站接力跟踪的测量策略,以解决测定轨精度不高的问题。结合再入返回分离前的测控弧段,制定两站及三站接力跟踪的策略。利用ESA"桑巴"(SAMBA)卫星进行多站接力跟踪试验数据分析,结果表明,三站接力跟踪策略的定轨预报精度优于两站接力跟踪策略,能够实现返回器安全可靠地再入返回,可为再入返回任务分离前跟踪策略的制定提供依据。     

Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。     

巴西卫星跟踪控制中心

在巴西从事航天活动的主要机构中,巴西空间研究院(INPE)负责建造卫星,研究有关的地面支援、跟踪和控制设施。它下属若干个机构,其中卫星跟踪控制中心(CRC)是实施任务控制的重要部门,这里就简要介绍该中心的情况。 卫星跟踪控制中心是用于控制在轨卫星的地面设施系统。从设计能力来说,它既可用于控制低地轨道(赤道上空轨道或极地轨道)上的卫星,也可控制地球同步轨道卫星。该中心包括一个卫星控制中心、两个地面站和一个保障全系统联络的数据通信网。 巴西卫星跟踪控制中心位于圣若泽·杜斯坎普斯,卫星控制中心也建在这里。两个地面站分别在库亚巴和阿尔坎塔拉(见图)。     

美国的活动式卫星地面站

活动式卫星通信地面站是近年来美国新发展的地面站。它成本低,体积小,运输便利,使用灵活,可以弥补固定式卫星通信地面站的许多不足,是很有发展潜力的卫星地面通信系统。目前,美国约有十几个活动式地面站已在工作,另一些也将在近期投入工     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

卫星数据站全球开花

为进一步开拓国际市场,让中国遥感卫星数据更多地走出国门,中国资源卫星应用中心积极推进海外建站业务。在已建成的南非中巴资源02B卫星地面站的基础上,环境减灾小卫星A星泰国地面站即将建成。该中心后续的海外建站计划还包括环境减灾小卫星A／B星巴西地面站、中巴资源02B卫星香港地面站。     

一种低轨遥感卫星自主轨道控制方法

针对低轨遥感卫星轨道控制操作繁琐、执行效率较低、影响载荷任务编排等缺点,提出一种无需地面站支持的自主轨道控制方法。利用在轨实时计算得到的轨道偏差作为触发条件,在偏差超出阈值时,卫星根据轨道外推结果、剩余燃料质量、发动机推力等参数自主计算轨控时间,并在不与载荷任务冲突的前提下,实施发动机点火,实现卫星轨道误差的在轨自主补偿。经高分七号卫星(GF-7)验证,能够有效降低卫星的地面运控成本,大幅提升卫星的自主管理、自主运行能力,可为我国后续低轨遥感卫星设计提供参考。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定，并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段，以改进的Gauss-Newton算法为基础，设计了非线性迭代的微分轨道改进算法，有效抑制了算法截断误差。仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率，减少地面测控站压力，有效确定低轨卫星轨道，定轨位置误差小于20m，速度误差小于0．01m／s，能满足一般低轨卫星的定轨精度要求。     

多路可调变频技术

在卫星地面接收系统中，普遍采用的是超外差变频接收技术，并且大多数地面站为固定本振变频。如果在变频技术中引用多路可调变频技术，使变频器本振频率灵活，能够在接收的频段内调谐，即可大大扩展系统接收能力。本文系统介绍多路可调变频技术的工作原理，该技术适用于一站多星和多路载频下行数据信号接收的卫星地面接收系统，尤其是极轨卫星（太阳同步）地面接收系统。     

关于制定卫星跟踪测轨系统标准的看法

浅述了制定卫星跟踪测轨系统标准必须做好的四项工作,即成立专业标准化委员会、制定完善的标准体系表、提高标准化人员的素质和研究卫星跟踪测轨系统的独立性,并对各项工作的主要内容作了说明。     

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。