MISI90大气密度模型在定轨中的参数输入方式探讨

大气密度模型对以载人飞船为代表的低轨航天器精密定轨及轨道预报有很大影响。在载人航天工程中使用的大气密度模型对于地磁指数和太阳辐射流量的输入有两种方式,即输入固定值和输入分段值。利用MSIS90模型,通过天宫一号目标飞行器的轨道数据分析对比了不同参数输入方式,不同数据长度以及不同地磁指数对定轨和轨道预报的影响。结果表明,数据弧段短且地磁变化不大时,输入固定值的方式获得的轨道预报精度较高;长弧段定轨和长期轨道预报的场合下输入分段值的方式预报精度高,稳定性好,适用范围广,操作更简单。     

载人航天轨道大气密度模式修正研究

热层大气密度模式的误差,是影响载人航天定轨精度的关键因素。分析载人航天工程所用Jacchia、MSISE、DTM三类大气密度模式的误差特点,通过比较精度和稳定性,基于现有空间天气参数,选取MSISE模式作为基础模式。研究利用星载加速度计数据反演载人航天轨道大气密度的方法,以验证我国载人航天轨道实测数据的精度;同时利用天宫一号以及神舟二号、三号、四号实测密度数据,以及相应的航天测控数据,分析模式误差与地方时、纬度和高度因素之间的关系,讨论建立合适的三维误差库来存储模式误差的方法,研究平均误差修正法和加权误差修正法,建立NRLMSISE-00的误差修正模式。修正结果应用于交会对接任务,与完全不修正时模式平均11.44%的误差相比较,两种修正方法的误差均明显减小,分别为5.41%和4.99%;其中平均误差修正法和加权误差修正法在未来1天、2天、3天的修正结果的误差分别是4.06%、3.73%,6.06%、5.78%,6.13%、5.72%,表明提前1天的修正效果最好;同时比较累积1-5天的误差库滑动也可以看出,误差库累积1天的效果相对较好;比较两种方法的预测效果显示,加权误差修正法优于平均误差修正法。研究表明基于三维误差库的模式修正方法显著提高了载人航天轨道大气密度预测精度,可为交会对接等载人航天任务提供技术支持。     

载人航天轨道大气密度模式修正研究简

热层大气密度模式的误差,是影响载人航天定轨精度的关键因素.分析载人航天工程所用Jacchia、MSISE、DTM三类大气密度模式的误差特点,通过比较精度和稳定性,基于现有空间天气参数,选取MSISE模式作为基础模式.研究利用星载加速度计数据反演载人航天轨道大气密度的方法,以验证我国载人航天轨道实测数据的精度;同时利用天宫一号以及神舟二号、三号、四号实测密度数据,以及相应的航天测控数据,分析模式误差与地方时、纬度和高度因素之间的关系,讨论建立合适的三维误差库来存储模式误差的方法,研究平均误差修正法和加权误差修正法,建立NRLMSISE-00的误差修正模式.修正结果应用于交会对接任务,与完全不修正时模式平均11.44％的误差相比较,两种修正方法的误差均明显减小,分别为5.41％和4.99％;其中平均误差修正法和加权误差修正法在未来1天、2天、3天的修正结果的误差分别是4.06％、3.73％,6.06％、5.78％,6.13％、5.72％,表明提前1天的修正效果最好;同时比较累积1-5天的误差库滑动也可以看出,误差库累积1天的效果相对较好;比较两种方法的预测效果显示,加权误差修正法优于平均误差修正法.研究表明基于三维误差库的模式修正方法显著提高了载人航天轨道大气密度预测精度,可为交会对接等载人航天任务提供技术支持.     

基于航天器探测密度与轨道数据的密度模式精度评估

针对热层大气经验密度模式精度对航天工程应用的影响,选取Jacchia-Robert(JR)和NRLMSISE00(MSISE00)模式以及同化了的JB2008和DTM2013模式,分别利用密度数据和轨道数据,对4种模式进行精度评估.将模式计算日均值与CHAMP卫星加速度计反演的热层大气密度进行分析比较,结果表明:JB2...     

天宫一号大气密度探测数据与模式的比较分析

利用天宫一号的轨道大气环境探测器在2012年12月7日至2013年1月4日，地磁活动平静下的大气密度探测数据，与NRLMSISE-00和JB2008模式进行比较。与实测数据相比，NRLMSISE4）0模式整体高估11．6％，而JB2008整体低估9．8％。JB2008模式在逐日变化趋势方面与实测结果更吻合，更好地反映了太阳辐射对热层大气的影响；而NRLMSISE-00在平静期间地磁活动影响大气密度的变化特征上，比JB2008更符合实测结果。实测结果显示冬季半球日峰值出现时间比夏季半球早，JB2008与实测相符，NRLMSISE-00则与实测相反。整体而言，在天宫一号轨道高度、地磁平静期，JB2008模式优于NRLMSISE-00模式。     

无线电掩星技术在大气探测的应用

通过介绍GPS在大气探测中的应用,引入了一种新的研究大气模型的方法——无线电掩星技术。阐明了无线电掩星技术的发展历程、反演原理及应用前景,并结合我国航天实际,提出了一种利用北斗导航系统进行大气参数反演,修正航天器轨道测量数据,从而提高定轨精度的新思路。     

大气密度模型用于近地卫星定轨预报的比较

大气阻力是低轨卫星主要的摄动力,与高层大气密度的变化密切相关。由于目前对高层大气密度变化的机制尚未完全掌握,所使用的各种大气密度模型多属于半经验公式。在这些模型中并没有一种在任何情况下都是最好的,因此,对于特定轨道选择合适的大气密度模型对提高定轨预报的精度是非常重要的。通过对资源2号卫星实测GPS数据的分析计算,比较了常用的8种大气密度模型的定轨预报精度,探讨了预报24h应采用的定轨数据长度和大气密度模型。     

利用DORIS测轨系统实现高精度定轨

仿真研究DORIS测轨系统,重点考察了大气密度模型误差、测量精度、测轨网分布对定轨精度的影响。仿真结果表明,除了测轨网的地理分布,动力学模型中的大气模型误差对中低轨卫星精密定轨结果影响也较大。对ENVISAT卫星的DORIS实测数据进行了定轨分析,结果表明实测数据的定轨精度比仿真精度大约低1个量级不到。综合仿真结果和实测数据进行精度分析,推断对800km高度的太阳卫星轨道,采用8个DORIS信标站布设,24h定轨,定轨三维位置精度可以达到29cm(1σ),其中径向误差为3.4cm(1σ)。若采用30个DORIS信标站布设,定轨精度可提高30%。     

磁暴下的LEO卫星精密轨道确定

对低轨卫星（LEO）,大气阻尼摄动是主要的定轨误差源.尤其在发生磁暴时,求解一个大气阻尼因子的定轨方法已不能充分吸收大气密度计算不准所造成的定轨误差,因而在标校统一S波段（USB）的测量系统差和随机差时往往计算失真.本文提出了一种求解折线型Cd因子的新方法,克服了动力学模型不准所带来的定轨误差,通过与独立的GPS数据比较,定轨精度有明显提高,同时给出的测量系统差和随机差更加真实可信.     

基于精密星历的USB系统测距误差的标定与修正

我国高精度对地观测卫星HY-2A卫星搭载有SLR、DORIS等高精度测轨仪器,其径向定轨精度能达到10cm以内.针对载人航天任务要求,利用HY-2A卫星的精密星历进行USB设备测距误差标定与修正,为航天任务进行数据储备与技术储备.     

Thermospheric Density: An Overview of Temporal and Spatial Variations

Neutral density shows complicated temporal and spatial variations driven by external forcing of the thermosphere/ionosphere system, internal dynamics, and thermosphere and ionosphere coupling. Temporal variations include abrupt changes with a time scale of minutes to hours, diurnal variation, multi-day variation, solar-rotational variation, annual/semiannual variation, solar-cycle variation, and long-term trends with a time scale of decades. Spatial variations include latitudinal and longitudinal variations, as well as variation with altitude. Atmospheric drag on satellites varies strongly as a function of thermospheric mass density. Errors in estimating density cause orbit prediction error, and impact satellite operations including accurate catalog maintenance, collision avoidance for manned and unmanned space flight, and re-entry prediction. In this paper, we summarize and discuss these density variations, their magnitudes, and their forcing mechanisms, using neutral density data sets and modeling results. The neutral density data sets include neutral density observed by the accelerometers onboard the Challenging Mini-satellite Payload (CHAMP), neutral density at satellite perigees, and global-mean neutral density derived from thousands of orbiting objects. Modeling results are from the National Center for Atmospheric Research (NCAR) thermosphere-ionosphere-electrodynamics general circulation model (TIE-GCM), and from the NRLMSISE-00 empirical model.     

In-Situ CHAMP Observation of Ionosphere-Thermosphere Coupling

The coupling between the ionised plasma and the neutral thermospheric particles plays an important role for the dynamics of the upper atmosphere. Significant progress in understanding the related processes has been achieved thanks to the availability of continuous accurate measurements of thermospheric parameters like mass density and wind by high resolution accelerometers on board the satellites CHAMP and GRACE. Here we present some examples of ionosphere-thermosphere coupling where CHAMP observations contributed considerably to their interpretation. We start with the derived properties of the thermosphere at altitudes around 400 km. A new aspect is the significant control of the geomagnetic field geometry on thermospheric features. Phenomena discussed in some depths are the equatorial mass density anomaly, the cusp-related mass density enhancement and the thermospheric response to magnetospheric substorms. Here we consider both the effect on the density and on the wind. A?long predicted process is the wind-driven ionospheric F region dynamo. The high-resolution magnetic field measurements of CHAMP enabled for the first time a systematic study of that phenomenon considering longitudinal, local time, seasonal and solar flux dependences. Some open issues that require further investigations are mentioned at the end.     

先验模型在载人飞船轨道返回泄压中的应用简

载人飞船返回前为保证正常分离而采用了泄压的模式.分析返回泄压影响轨道的问题,建立相应的简化轨道泄压力经验模型,利用载人飞船返回前的测轨数据进行分析,得到了一致的泄压摄动加速度,并将该参数和模型应用于神舟十号载人飞船返回过程中.结果表明,飞船轨道预报至返回制动点的精度达到百米级,与以前的飞船返回过程相比有效提高了制动点的预报精度.     

北斗卫星导航( 区域) 系统星座对中国载人航天器的服务能力仿真分析

载人航天器可以利用北斗卫星导航系统实现自主导航定位和相对测量以支持轨道确定和交会对接任务。为了评估当前星座条件下北斗卫星导航(区域)系统对中国载人航天器的服务能力,建立了当前北斗卫星导航(区域)系统的星座仿真场景。利用载人航天器轨道参数,对其轨道处北斗区域星座的覆盖特性和服务能力进行了仿真,分析了可以用于载人航天器绝对定位和相对定位的时间长度、可见卫星情况、位置精度因子等特性。分析结果表明,在载人航天轨道的一些持续时间段内,航天器可以利用北斗(区域)系统完成绝对和相对定位功能。     

飞船返回控制精度分析与应用简

将飞船返回控制过程按不同阶段进行分解,分析返回各阶段的返回控制精度影响因素,并标定返回制动推力系数.根据返回控制精度分析结果,进行技术状态改进,在神舟十号返回任务成功验证了引入返回泄压模型进行轨道预报、采用返回制动推力系数标定结果计算返回控制参数,可以有效提高返回控制精度,对如何减小返回控制误差,在工程设计上具有借鉴作用.     

An Overview of Ionosphere—Thermosphere Models Available for Space Weather Purposes

Our objective is to review recent advances in ionospheric and thermospheric modeling that aim at supporting space weather services. The emphasis is placed on achievements of European research groups involved in the COST Action 724. Ionospheric and thermospheric modeling on time scales ranging from a few minutes to several days is fundamental for predicting space weather effects on the Earth’s ionosphere and thermosphere. Space weather affects telecommunications, navigation and positioning systems, radars, and technology in space. We start with an overview of the physical effects of space weather on the upper atmosphere and on systems operating at this regime. Recent research on drivers and development of proxies applied to support space weather modeling efforts are presented, with emphasis on solar radiation indices, solar wind drivers and ionospheric indices. The models are discussed in groups corresponding to the physical effects they are dealing with, i.e. bottomside ionospheric effects, trans-ionospheric effects, neutral density and scale height variations, and spectacular space weather effects such as auroral emissions. Another group of models dealing with global circulation are presented here to demonstrate 3D modeling of the space environment. Where possible we present results concerning comparison of the models’ performance belonging to the same group. Finally we give an overview of European systems providing products for the specification and forecasting of space weather effects on the upper atmosphere, which have implemented operational versions of several ionospheric and thermospheric models.     

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。     

基于沿迹差修正部分轨道参数的两步法定轨

通过分析预报误差与轨道确定参数误差的关系,提出一种使用二次多项式对沿迹差随时间变化的函数进行拟合,并根据拟合结果修正半长轴、面质比参数误差的定轨方法.仿真计算表明：对于稀疏观测数据,该方法的处理结果优于常规的最小二乘轨道确定方法;对于高度在400 km以上的低轨目标,根据该方法得到的定轨结果,预报5d的位置误差小于22 km,与SGP4（Simplified General Perturbations Version 4,简化普适摄动4）/SDP4（Simplified Deep space Perturbations Version 4,简化深空摄动4）水平相当.该方法是一种适用于双屏电子篱笆稀疏观测数据的批量数据轨道确定方法.