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。     

基于地月三角平动点的卫星自主定轨

近年提出了利用地月系平动点建立深空导航星座的设想。在受太阳摄动的真实力模型下,地月系平动点是不稳定的,从而会导致导航星座必须通过控制才能定点在特定区域。针对此问题,引入一种特殊的平动点轨道,即动力学替代轨道。平动点轨道卫星星座可利用星间测距数据自主定轨,由于动力学替代轨道具有长期稳定性,整个自主定轨过程不需要来自地面的测控支持,且定轨精度可达到观测精度。研究结果表明,观测资料的长短、导航卫星垂直白道面的运动分量都将影响到导航星间的自主定轨精度。该研究成果可以应用在以后的地月系导航星座中。     

高轨导航接收机的时钟辅助定位算法

针对高轨卫星导航接收机接收信号弱、可用卫星少及定位精度差的问题,提出利用恒温晶振的频率稳定性抑制观测噪声,进一步改善定位精度的时钟辅助定位算法。通过区分星历星钟误差和用户测距误差在本算法中的不同传递路径,在理论上给出了算法的定位精度与星座几何构形之间的关系,并指出本算法在高轨场景下具有显著的精度优势,在低轨和地面场景下没有精度优势。仿真试验证实了算法的有效性,在典型的高轨场景下,本算法的单点定位误差仅是标准算法的1/10。     

联合星间测距和测速的导航星座自主定轨研究

导航卫星通过星间观测完成定位,是提高星座生存能力的一项重要技术。在测距资料的基础上,增加测速资料进行定轨。给出了基于星间观测的定轨数学模型,证明了联合测距和测速的定轨同样存在秩亏问题,使用参数加权平差算法,顾及先验信息对星间观测资料进行平差,以Walker星座为例对算法性能进行评估。结果表明:增加测速资料后,星座位置精度略有提高,速度精度显著提高。     

基于星间激光测距的三星时差定位系统标校方法

利用精确的星间激光测距信息,提出了基于星间测距的三星时差定位系统标校方法。该方法消除了副星相对位置系统误差对定位精度的影响,同时提出了副星相对位置系统误差的解析解法,建立了模型误差和对副星相对位置系统误差进行估算的误差的定量关系,并证实了基于星间激光测距的标校方法可以在较大范围内提高定位精度。     

地月L2中继星或月球轨道器对月球背面着陆器多普勒定位精度分析

针对地面站无法对月球背面着陆器定位的问题,分别对月球背面着陆器利用月球轨道器上行信号和地月L2中继星上行信号的多普勒对其定位的两种模式进行了研究。在月固坐标系下,理论分析了两种模式下轨道器的多普勒定位精度,以及几何精度因子及频率稳定度对定位精度的影响。在STK软件中对两种定位模式建模,利用其导出的星历数据定量评估了两种定位模式下着陆器的定位精度,讨论了应用两种定位模式应满足的时间约束和空间约束条件,同时定量分析给出了不同载频、不同观测时间长度下,着陆器时钟应该满足的频率稳定度。     

联合定轨技术及其应用前景

研究了联合定轨的基本原理并给出了计算方法，通过对中继卫星系统和编队飞行星座两种不同应用的联合定轨的计算分析，总结出了联合定轨不同于一般传统定轨的基本特点。中继卫星与用户星的联合定轨在精度 上优于传统定轨，并能够降低对地面测量站的测量几何和测站数量的要求。编队飞行星座的联合定轨，能够显著提高星间相对位置的精度，且几乎不受动力学模型误差的影响，从而在轨道外推时误差不会扩大。     

双机协同无源定位算法

相较于有源定位,只能利用到达角(Angle of Arrival,AOA)的双机协同无源定位对目标的观测维度很低,这会导致对目标的定位精度低或迭代收敛速度慢等问题发生。对此,利用有限的测量值研究更优秀的算法以提高定位精度具有实际意义。首先,介绍了普通最小二乘法、加权最小二乘法、总体最小二乘法 3种基于最小二乘算法的定位算法;然后,介绍了高斯-牛顿迭代法(Gauss-Newton iteration method,GNIM)和加权工具变量伪线性估计法 (Weighted Instrumental Variable Pseudolinear Estimation Method,WIVPLE)2种基于最大似然估计的定位算法;最后,使用蒙特卡洛法在不同误差条件和几何构型下对这些算法的定位精度进行仿真实验。     

影响奔月飞行器定轨精度的误差源分析

以探月工程为背景,讨论在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟方法对影响奔月飞行器定轨精度的误差源进行分析。重点考察了观测量精度、初始时刻先验轨道误差、测量船点位误差以及观测资料类型等对奔月飞行器定轨精度的影响。结果表明提高观测量精度和减小测量船点位误差将有助于提高定轨精度,以及采用USB测距、测速和VLBI时延、时延率联合定轨能够提高定轨和轨道预报精度。     

利用GPS射频多普勒确定低轨地球卫星的轨道

本文研究了使用这样一种GPS测量值——双差分GPS射频多普勒确定低轨地球卫星的轨道。该测量值很容易获得,而且不受时钟误差的影响,还可对用户卫星连续定轨。分析表明:使用18颗GPS卫星的星座和13个地面站,在两小时跟踪后,可使1300km高度用户星(TOPEX)的定轨精度达5cm。考察了使用少于13个地面站的影响,不同求解方法的影响以及引入虚假推力参数以减小重力模型误差(主要误差源之一)的影响。     

地月L2中继星单星多源转发月球背面弯管导航

针对月球背面载人航天器的高精度、高时效性导航需求,解决仅用单颗地月L2中继星多源转发为月背面用户导航着陆提供技术支撑的问题。以地月L2点Halo轨道中继星为桥梁,将地球空间的深空网、GNSS星座等时空基准节点转发给月球背面用户,研究通过转发前后向距离和夹角的测量实现月球遮挡距离再生,利用再生距离和多个地月空间时空节点解析地给出月背面用户位置。采用STK对月背面导航场景进行仿真建模,通过蒙特卡罗方法数值分析月背面导航定位精度。结果表明:当月球遮挡距离重构误差小于0.6 ns时,采用本文方法月背面用户的三维定位精度优于100 m。     

影响环月飞行器定轨精度的误差源分析

以我国正在实施的探月计划“嫦娥1号”工程为背案,在现有测控网分布、观测弧段以及尽可能接近真实情况的误差源等前提下,利用仿真模拟的方法对影响环月飞行器定轨精度的误差源进行了初步探讨和分析。重点考察了月球重力场误差、观测量精度、初始时刻的先验轨道误差以及观测资料类型等对环月飞行器定轨精度的影响。     

双机协同无源定位的飞行试验方法研究

分析了基于测向交叉定位的双机协同无源定位原理,构建了误差模型,给出了影响定位误差的因素。并从双机定位基线、目标机进入距离和目标机进入方位三个因素进行了双机协同无源定位误差的仿真。通过基于定位精度要求的试飞剖面设计,给出了两种典型的双机协同无源定位试飞航线,并给出试飞结果评估的方法和流程。     

双线程滑动窗口多系统GNSS超快精密定轨实现及评估

全球导航卫星系统（GNSS）超快精密定轨为GNSS实时应用提供了高精度空间基准。基于天地协同定位、导航与授时（PNT）网络服务中心实现了四系统GNSS卫星超快精密定轨,并对定轨结果进行精度评价。介绍了天地协同PNT网络的概念内涵以及网络服务中心部署的超快精密定轨软件架构和详细功能,并针对实时应用需求提出了一种双线程滑动窗口超快精密定轨策略。最后利用重叠弧段比较、与外部轨道产品比较以及卫星激光测距（SLR）检核3种方式对定轨结果进行了精度评价。结果表明,与武汉大学分析中心的最终事后精密轨道产品相比,四系统GNSS MEO卫星预报6 h弧段的径向均方根（RMS）误差整体在2~5 cm水平,BDS2 IGSO卫星最小一维RMS误差在10~15 cm水平;GPS和Galileo卫星的SLR检核残差均值在1~3 cm水平,标准差在3~6 cm水平,能够满足后续厘米级实时应用对空间基准的精度需求。     

存在观测站位置误差的转发式时差无源定位

无源定位中,由于观测站安放在运动平台等原因造成的观测站位置误差会影响无源定位精度性能。另外到达时间差(简称时差)(TDOA)的转发式测量需要将不同观测站截获到的辐射源信号都转发到同一位置,如主观测站。针对这两个问题,提出了基于约束总体最小二乘(CTLS)的无源定位算法。首先将转发式时差的非线性定位方程转化为不需要中间变量的直接线性方程,再基于CTLS算法依次转化为约束优化问题和无约束优化问题,最后推导给出定位近似闭式解。仿真实验表明在观测站误差较大时,该算法与其他算法相比定位精度性能较好。     

基于北斗导航定位系统改进技术的定位误差仿真和分析研究

对北斗导航定位系统、使用三星定位技术及伪卫星技术的定位误差进行了仿真分析.通过仿真和分析表明,三星定位技术虽然解决了原有系统的缺陷,但存在定位精度的问题;而伪卫星技术不仅解决了原有系统的缺陷,同时提高了定位精度.     

空基平台无源定位的误差推导与精度分析

为研究双机无源定位的误差精度,对无源定位误差公式进行了推导,并采用数字仿真的方法对间距、目标位置、测角精度以及平台测量误差对定位精度的影响进行了分析。分析结果表明,平台的几何位置对误差影响较大,保证目标交汇角在一定范围内,是保证定位精度的有效方法。     

基于邻近点特征的地磁室内定位方法及性能分析

地磁室内定位以其成本低、适用范围广、复杂度低的特点而受到广泛关注。然而,它的定 位精度不稳定,且指纹采集工作量较大。因此,提出了一种基于磁场信息的邻近点特征,可由指纹 数据求得,特征范围是0~1。经实验证明,邻近点特征与定位精度呈正相关关系。邻近点特征越 大的测试点定位误差越小,定位准确率越高。邻近点特征均值越大的室内区域定位误差越小。结 合邻近点特征与快速构建指纹库的方法,可以实现对室内区域定位精度的预判,为室内区域定位 方法的选择提供依据。针对邻近点特征较大的室内区域,提出了使用插值算法以减少指纹库的采 集量。在实验中,仅采集原有指纹点的29.6%依然具有较好的定位表现,对定位精度的影响较小。 使用邻近点特征可以极大地提高地磁室内定位的效率。     

一种无源双星与多普勒导航系统组合的实现方法

提出了一种双星定位系统(RDSS)无源测距信息与多普勒导航系统(DNS)组合导航的方法。首先对多普勒导航系统的定位误差进行了计算机仿真分析,得到了航姿系统(AHS)的航向角误差是系统主要误差源的结论。随后讨论了在气压高度信息辅助下无源双星和多普勒导航系统组合消除航向角误差影响的可行性,并且给出了利用卡尔曼滤波进行无源双星与多普勒导航系统组合的实现方法。计算机仿真和直升机搭载试飞的组合定位结果表明:无源双星与多普勒导航系统组合仅通过对多普勒导航系统的地速数据和两颗卫星无源测距差进行处理即可完成平面导航定位,从而摆脱了对航姿系统中航向角信息的依赖,抑制了平面定位误差的增长,获得较高导航定位精度的同时能够满足高动态导航定位的要求,为双星系统的无源应用提供了一条新的途径。     

三星时差定位系统的主要系统误差分析

为了对三星时差定位系统的定位误差进行标校,首先建立了定位误差与各种测量误差之间的定量关系,同时提出了将卫星位置测量误差等效为时差误差的分析方法,最终得出影响定位精度的主要系统误差是时差测量系统误差和副星相对位置系统误差,从而为三星时差定位标校系统的设计奠定了基础。