基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨

为满足搭载单频GPS接收机低轨卫星的精密定轨需求以及深化单频定轨研究,文中解决了单频星载GPS数据的周跳探测问题,并利用“海洋二号”（HY-2A）卫星及“资源三号”（ZY-3）卫星的单频星载GPS实测数据采用两种方法确定了二者的简化动力学轨道,并通过观测值残差分析、与双频精密轨道比较、激光测卫数据检核等方法对所得轨道精度进行评定。结果表明,在不考虑电离层延迟影响的情况下,HY-2A卫星定轨精度为2~3dm,ZY-3卫星为1m左右;而采用半和改正组合消除电离层延迟一阶项影响后,二者定轨精度均显著提高,HY-2A卫星三维精度提高至1dm左右,ZY-3卫星提高至1~2dm。文章的研究成果表明,搭载单频GPS接收机的低轨卫星也可获得厘米级的定轨精度。     

基于COSMIC掩星精密定轨数据的等离子体层电子含量研究

等离子体层是日地环境重要的组成部分.本文利用COSMIC掩星精密定轨数据经处理后得到的podTec文件获取等离子体层电子含量（PEC）对等离子体层进行研究.将podTec数据进行处理后获得的PEC（pod-PEC）和IRI-Plas经验模型提供的PEC （IRI-PEC）进行对比,发现pod-PEC与IRI-PEC符合得较好.在低（0°—20°）、中（20°—50°）、高（50°—90°）修正地磁纬度带下,分析了COSMIC在太阳活动极大年（2014年）3,6,9和12月的pod-PEC,得到如下结论：PEC随着纬度升高而逐渐减少,且3,9月PEC在中低纬关于磁赤道的南北对称性较好,6月北半球各纬度带的PEC明显高于南半球同一纬度带的值,而12月情况则完全相反,南半球中纬的PEC甚至会等于北半球低纬的PEC值;PEC在白天高而晚上低,高纬地区的PEC昼夜变化不明显;PEC具有明显的季节性.对于北半球,一年中PEC最大值出现在春季,冬秋季次之,夏季最低,具有明显的年度异常现象.     

基于测速定轨的轨道参数精度分析

利用误差传播关系,比较了测速体制下逐点定轨算法和多项式定轨算法的精度,为多项式和样条算法在测速定轨体制中的应用提供理论依据。利用逐点及多项式算法对两条典型轨道进行性能计算,结果表明:多项式算法能获得比逐点算法更高精度的轨道参数,且该算法数据结构简单、具有一定的实时性。     

导航星座不完整对星间自主定轨几何精度因子的影响

星间自主定轨是星座自主导航的关键技术. 在系统建设初期未完成全星座组网、卫星出现故障或受损等情况下, 部分卫星缺失将导致导航星座不完整, 其对星间自主定轨性能的影响值得研究. 本文在提出逐卫星加权最小二乘自主定轨估计方法的基础上, 引入几何精度因子作为衡量星座不完整影响卫星自主定轨性能的指标, 最后以Galileo星座为例进行了仿真与分析. 结果表明, Galileo星座中卫星进行自主定轨时其可视卫星的冗余度较高, 少数卫星缺失不会对星间自主定轨的几何精度因子产生明显影响. 只有当星座缺失卫星数达2/3时, 会使得部分卫星的几何精度因子超差, 卫星自主定轨性能明显下降.      

近地卫星利用GPS自主定轨的精度

讨论近地卫星利用GPS 全球定位系统进行自主定轨的精度问题,建立了定轨精度与等效三维定位精度之间的关系,然后利用这种关系来推算C/A 码用户所能获得的定轨及位置精度。分析结果表明,10m 量级的定轨精度是可以达到的。     

“嫦娥4号”中继星使命轨道段定轨计算与分析

\"嫦娥4号\"中继星是\"嫦娥4号\"探测器实现月球背面着陆与巡视的关键,目前正稳定运行在地-月L2点使命轨道上,该使命轨道为平均周期约14天的南族Halo轨道。因任务的需要,中继星本体系+Z轴需调整指向,处于正对太阳和非正对太阳两种状态。太阳光压在中继星+Z轴对日的情况下会加速卫星的角动量累积,增加卫星卸载喷气频次。基于中继星使命轨道段测控支持条件,采用重叠弧段法对两种状态下的中继星定轨精度进行分析与评估。结果表明,在中继星+Z轴非对日运行状态下,重叠弧段位置误差为1.6 km,速度误差为8 mm/s;在中继星+Z轴对日运行状态下,重叠弧段位置误差为0.6 km,速度误差为3 mm/s,这对中继星的长期运行具有重要参考价值。     

对一种月球与火星探测多程微波测量链路定轨定位的数值模拟初步分析

轨道器精密定轨与着陆器的精确定位在深空探测任务中具有非常重要的科学意义。对一种月球与火星探测多程微波测量链路的定轨定位能力进行了初步仿真分析,推导了这种多程微波测量链路的测量模型,分析了该模型的优势。模拟仿真分析结果表明,此测量跟踪模式的数据具有提升轨道精度的潜在能力,并且同时求得着陆器的位置。定量分析表明,在考虑坐标系转换误差,重力场误差,行星历表误差以及星上转发误差的情况下,模拟1 mm/s的噪声,对于月球探测器来说,轨道器的定轨精度可达几米,着陆器的定位精度有望达到分米量级;对于火星探测器来说,轨道器的定轨精度可达到数10 m,着陆器的定位精度可达到几米。     

火星探测器行星际转移段定轨精度评估

天问一号是中国第一次实现地火转移行星际飞行的探测器,在长达202天的行星际转移飞行期间,共经历了4次中途修正及1次深空机动控制,在2021年2月10日成功进行了近火制动,被火星捕获而进入环火轨道。本文对探测器行星际转移期间的动力学模型进行了分析,制定了转移飞行期间定轨积分中心转换原则：在探测器飞出地球影响球后,定轨积分中心需要由地心更换为日心;对不同版本行星星历表的使用进行了分析,确定了使用DE436行星历表进行计算对定轨影响最小。根据探测器行星际转移飞行的特点,制定了一种基于逐日迭代定轨策略的精度评估方法。基于实测数据分析,验证了该方法的有效性,火星探测器行星际转移期间定轨位置误差优于2 km,速度误差优于20 mm·s^–1 (1σ)。     

基于深度神经网络的多星测控调度方法

卫星规模的急剧扩大给传统多星测控调度方法带来了巨大挑战.传统调度方法面临调度时间长、任务满足度低等问题,难以适应大规模卫星调度.为此,引入了支持大数据和并行计算且具有自主学习特性的深度神经网络(DNN)算法,提出了一种基于DNN的多星测控资源调度方法.根据多星测控资源调度的特点以及DNN算法的要求,对调度过程中影响调度...     

利用星地差分GPS的地基测控系统实时标校方法

针对地基测控系统传统标校方法和基于差分GPS事后标校方法的不足,提出了一种基于低轨卫星与地面测控站之间星地差分GPS的地基测控系统测量误差实时标校方法。与基于差分GPS的事后标校相比,实时标校能使地基测控系统及时获取标校后的测量数据,从而实时进行轨道解算和预报,并及时上注以提升卫星运行性能。针对星地长基线、高动态和实时标校场景,系统地分析了影响星地基线估计性能的各项误差及修正效果,并提出相对位置精度因子的概念,由此得到星地基线估计精度预算。采用基于抗差自适应卡尔曼滤波的实时星地基线估计算法,并利用加权最小二乘法求解测控系统测量误差,从而获得校准结果。利用星载双频GPS接收机和导航信号模拟器构建半实物仿真平台,仿真结果表明,实时标校后测距系统误差残差降低到40 cm左右,测速系统误差残差降低到1 cm/s以下,与理论分析结果一致,可以较好地满足未来航天任务的测控需求。     

附加先验轨道约束的LEO几何法实时精密定轨验证分析

低轨卫星的实时精密定轨能够极大拓展其完成复杂科学任务的能力,例如实时环境监测、机动控制和卫星自主导航等.本文根据几何法实时精密定轨模型,提出了附加LEO先验轨道约束从而改善实时定轨的精度、收敛速度和稳定性的构想.分别采用广播星历、超快速星历预报部分和实时精密星历,设计了6种实时定轨方案,并利用Swarm-A,B,C星7天的观测数据进行方案验证与分析.结果表明,使用广播星历、IGU和IGC星历的方案精度递增,附加先验轨道约束能够进一步提升精度.使用IGC星历并附加标准差为1m的先验轨道约束后,在径向、切向和法向的定轨精度分别达到6.12cm,5.55cm和4.98cm.此外,附加先验轨道约束能够显著提升收敛速度,使用IGC星历平均收敛时间约为31min,附加标准差为1m的先验轨道约束后收敛仅需约4min.     

“龙江2号”月球轨道微卫星定轨分析

微纳卫星深空探测任务中,通常所分配的测控资源有限,因此有必要对有限测控资源条件下微纳卫星的定轨精度进行分析。以微纳卫星深空探测为背景,采用\"龙江2号\"微卫星的轨道测量数据对其定轨精度进行了分析。\"龙江2号\"微卫星只有USB轨道测量数据,且环月段测控资源相对紧张,每天有两站跟踪,共约3～4 h的轨道测量数据。首先介绍了\"龙江2号\"微卫星飞行任务及其飞行过程中影响测定轨的因素;其次给出了定轨的动力学模型,对微卫星地月转移段的定轨精度进行了分析;最后通过分析摄动力、动量轮卸载以及数据弧段长度的影响,给出了微卫星环月阶段所使用的定轨策略,并通过重叠弧段比较的模式,给出了微卫星环月段的定轨精度。研究结论可以为后续微纳卫星深空探测任务提供有益参考。     

导航卫星的地面站定轨算法

导航星座轨道的长期保持是星座导航系统运营管理的重要组成部分,而现有的导航卫星地面定轨算法又存在精度不高或计算量大不适合工程应用的问题。为此,研究了单向、被动测量模式的导航卫星地面定轨算法。基于单向伪距观测,将导航卫星钟差参数作为状态量,推导了滤波算法的状态方程、测量方程,并最终建立了滤波器模型。以不同轨道面的4颗GPS导航卫星为例进行了2天的仿真试验,考虑卫星的可见性仿真中加入了测量中断,并设计在测量恢复后重启滤波算法。仿真结果表明,4颗卫星的轨道位置估计精度可以达到米级,钟差随机偏差的估计精度可以达到纳秒级,并且在滤波中断后重启滤波器,仍然可以达到此估计精度,表明此定轨算法具有收敛性和稳定性。     

基于固定模糊度PPP的低轨卫星实时精密定轨

传统动力学定轨法受制于动力学模型精度,传统几何定轨法精度受限,只能达到亚米级,而基于精密单点定位（PPP）模式的几何定轨法一般采用浮点解,定轨精度及可靠性较基于双差模式的相对定位较差。为提高PPP模式低轨定轨的定位性能,利用中国区域内外的IGS测站计算出当前所有卫星的宽巷和窄巷相位小数偏差产品,对经过中国大陆区域上空的国产低轨卫星海洋二号（HY-2）和资源三号 (ZY-3) 卫星进行固定模糊度PPP的定轨解算,与事后精密轨道结果进行比较,分析其外符合精度。结果表明：仅利用约10min弧段的HY-2和ZY-3卫星数据,切向与径向的定轨精度可达2cm左右,法向为5cm左右,较浮点解定轨精度大幅提升。基于固定模糊度PPP的定轨方法能够满足厘米级的实时精密定轨。     

陆地探测四号星载GNSS导航系统设计及在轨效能分析

陆地探测四号01星（LT4A）是全球首颗地球同步轨道合成孔径雷达业务卫星;依赖星载高轨GNSS导航接收系统实现在轨导航;并首次工程化应用于地面精密定轨任务。对星载高轨GNSS导航接收系统的在轨表现和工程化设计进行分析研究;通过星载BDS和GPS实测漏信号数据;进行了星载观测数据质量评估;并重点研究了利用星载高轨GNSS漏信号进行事后精密定轨的性能。研究结果表明;LT4A星载高轨GNSS导航接收系统可稳定捕获和跟踪BDS B1I和GPS L1频点的导航信号;满足卫星在轨实时和地面事后定轨精度需求。采用星载BDS+GPS联合精密定轨;重叠轨道内符合精度径向优于1.87m;三维优于3.07m;外符合精度径向优于1.81m;三维优于4.71m。针对高轨导航收星特点及卫星应用时效性需求;定轨系统可全流程自动化运行;保证轨道平滑及连续性;控制勒让德高阶误差引入;相关成果可应用于中国后续搭载GNSS接收机的高轨对地观测卫星计划。     

基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星。利用该卫星观测的单颗脉冲星数据,采用几何约束方法,能够有效抑制轨道误差增长,但存在长时间定轨发散问题。针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求,利用多颗脉冲星的观测数据,研究基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的卫星自主定轨算法。首先,建立该卫星的轨道力学模型和观测方程;然后,详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统（PWCS）的可观测性分析方法;最后,通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性,进行自主定轨算法试验。试验结果表明,基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛,验证了该算法的合理性和有效性。     

海洋监视卫星无源被动定位精度分析

分析了利用三星编队卫星对海上目标进行无源侦察、监视的原理,建立了利用时差定位法进行定位的精度模型,在此基础上推导了卫星对目标的定位精度与卫星编队构型、轨道高度、与目标的相对位置及卫星定轨精度和测量误差的关系。对模型进行了仿真计算和分析,仿真结果表明:合理增加卫星间的基线长度,保持卫星编队构型及其与目标间相对位置的均匀性可以有效提高卫星对目标的定位精度。     

双星定位的三参数方法及其精度分析

研究了两颗地球同步轨道卫星 (双星 )定位的几何关系对双星定位精度的影响。设计了双星交汇角、双星俯仰角和双星视角三个参数来刻画双星交汇 ,这三个参数能够反映定位的几何关系。在此基础上得到的双站交汇精度估计算法能适应测站基线长、观测距离远等布站和观测几何关系不好的情形。最后做了仿真验证