用两颗GPS卫星确定低轨卫星轨道的初值方法

研究了用两颗全球定位系统（ＧＰＳ）卫星粗略确定低轨卫星轨道的问题,并着重讨论了其中的初值问题,给出了一种有效的初值方法。实验结果证明：这种方法能给出一个确定的、实用的初值,大大减少了初轨计算的计算量,并使得算法收敛更加有保障。在工程实用方面比传统的猜测方法具有较大的优势。     

GPS在卫星精密测轨中的应用

自从美国全球定位系统(GPS)试验系统建立以来,发展了各种各样的方法,利用GPS 测量来精密确定卫星轨道。在1984年,LANDSAT-5上装载一个GPSPAC 的仪器进行了飞行,以验证用GPS 定轨的精确度。1982年在美国喷气推进试验室((?)PL),为TOPEX 卫星研究了一种GPS 距离和距离变化率的双差分法,以满足其厘米级的精度要求。除GPS 对低轨地球卫星定轨应用外,有人也提出了用GPS 测量对高轨地球卫星甚至同步卫星的定轨方法及精度分析。文章对上述各种方法给以简要的介绍和评述。     

低轨飞行器利用GPS定轨的算法研究

详细讨论了低轨飞行器利用ＧＰＳ系统定轨的原理和方法。分析了低轨飞行器选星时应考虑的问题,并根据导航星及用户模型进行了选星试验;探讨了利用最小二乘法进行解算定轨;详细分析了卡尔曼滤波算法,针对低轨飞行器提出了一个九状态卡尔曼滤波模型,并在此基础上进行了仿真模拟计算。另外,根据用户对电源能量和可靠性的特殊要求,提出了一种比较实用的定轨方法。仿真结果表明,提出的方法在精度上满足用户的要求,适合于工程实际应用。     

基于Gauss-Newton和UKF结合的微小卫星姿态确定算法

为提高微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,文章基于磁强计/太阳敏感器/陀螺的姿态敏感器配置,设计了高斯牛顿（Gauss-Newton,GN）迭代算法和无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）有机结合的微小卫星姿态确定算法,先用Gauss-Newton算法融合磁强计和太阳敏感器的数据,迭代计算最优四元数,然后以最优四元数联合陀螺数据作为观测量,以姿态四元数和惯性系下的角速度为状态量进行UKF,降低观测维数,并将观测方程转化为线性方程,显著减小计算量,同时克服了测量误差对姿态确定精度的影响。     

利用GPS对地球静止轨道卫星定轨的可行性

总结了几种利用 GPS对地球静止轨道卫星定轨的方法 ,并且对仅仅接收 GPS星发射的信号来定轨这种方法进行了计算论证。得出了 GPS星在一个计算周期 (2 4 h)内对于静止卫星的可利用性 ,比较了不同条件下的可利用性。通过对可利用性分析 ,提出了一种利用 GPS对静止卫星定轨的方法     

磁定姿近地轨道卫星EKF与UKF算法比较

某近地轨道(LEO)卫星通过磁强计测量、飞轮控制和磁力矩器卸载,实现三轴姿态稳定.围绕该卫星姿态确定问题,对扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法进行综合分析对比,最后给出该卫星姿态确定实现方法.分析了地磁模型误差、磁强计测量误差及剩磁的影响,推导了四元数均值及协方差的计算方法.分别引入EKF和UKF进行姿态确定,并讨论了影响算法性能的因素.对两种方法的估计精度、收敛时间及计算需求等指标进行了对比.最后针对该卫星姿态确定要求和硬件条件,选用EKF算法实现姿态确定,满足对地指向精度优于1°,稳定度优于0.1(°)/s的设计指标.     

国外微小卫星技术的发展

1　引言□□未来的战争环境将是陆、海、空、天一体化的 ,美国之所以在海湾战争、科索沃战争等军事冲突中掌握战争主动权 ,很大程度上依赖于拥有“制天权”,即依靠其庞大的卫星侦察、卫星通信体系获取敌方信息的能力。由于卫星侦察具有实时性、全天候、覆盖面积大和不受领土限制等优势 ,因此广为各国军方所重视。据报道 ,美、俄 70 %的军事信息来自于卫星系统。在过去的几十年里 ,军事卫星一直是大型化的。然而 ,航天器体积和质量的大型化、功能复杂化 ,已导致航天器的研制、开发、生产、发射、运行和维护费用迅速膨胀 ,而功能复杂化又使其…     

基于机动力模型的GEO卫星恢复期间定轨

北斗卫星导航系统(BDS)中GEO卫星频繁的轨道机动对高精度、实时不间断的导 航服务需求提出了更高要求, 如何在短弧跟踪条件下提高GEO卫星轨道快速 恢复能力, 是提升导航系统服务精度的关键因素. 针对该问题, 本文提出了基 于机动力模型的动力学定轨方法, 尝试利用高精度的C波段转发式测距数据, 辅 以机动期间的遥测遥控信息建立机动力模型, 联合轨控前后的观测数据进行动 力学长弧定轨. 利用BDS中GEO卫星实测数据进行了定轨试验与分析, 结果表明, 恢复期间需要采用解算机动推力的定轨方法, 联合机动前、机动期间和机 动后4h数据定轨的轨道位置精度在20m量级, 径向精度优于2.5m. 该方 法克服了短弧跟踪条件下动力学法定轨和单点定位中的诸多问题, 提供了解决 GEO卫星机动后轨道快速恢复问题的技术方法.     

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。     

基于负载平衡的微小卫星任务调度研究

在微小卫星星载机双机热备份的工作模式下,将两个星载机设计为并行工作的模式有利于提高星务系统的工作效率。文章结合星务系统的实际任务,以减小任务执行时间和任务在两个星载机上的平衡分配为目标,利用遗传算法实现了任务在双星载机上的调度分配。最短的任务执行时间和负载的平衡在某种程度上是相互制约的。文章在用于任务调度的遗传算法适应度函数的构造中,综合考虑了任务执行时间和负载平衡双重因素,并将这两个参数进行了量化,在适应度函数中分配了相等的权重,通过遗传算法的迭代获得这两个参数的最佳平衡点,使得星务系统的综合性能得到优化。     

利用GPS接收机的精确轨道确定技术

利用GPS接收机的导航信息精确确定接收机载体航天器的轨道根数.给出了为确保10 m量级的定轨精度所必需的精确坐标系变换与时间系统变换公式,提出了采用GPS接收机的导航信息与摄动运动方程式外推的组合导航方法,以保证接收机天线被短期遮挡时导航仍能正常运行.     

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。     

单站观测卫星初轨计算中的初值方法

研究了用单个观测站粗略确定低轨卫星轨道的问题, 建立了在时间轴上拓展的测量方程组, 并着重讨论了其中的初值问题; 给出了两种基于线性变换的初值方法, 并对其性能做了比较。实验结果证明： 这些方法能给出一个确定的、实用的初值, 大大减少了初轨计算的计算量, 并使得算法收敛更加有保障, 在工程实用方面比传统的猜测方法具有较大优势。     

基于GPS的中、高轨道航天器定轨研究

利用GPS确定空间航天器轨道,尤其是GPS在中、高空间航天器定轨中的应用.针对中、高轨道中可见星少及GPS信号微弱等问题,提出了有效的微弱信号检测算法,提高了GPS接收机的接收能力.同时提出了利用伪加速度测量和轨道约束进行定轨解算的新方法,使得在HEO (高偏心轨道)中利用两颗可见星可以解算定位解,对GEO (静止地球轨道)只用一颗星就可求解,仿真结果表明该方法具有很好的效果.     

基于双频GPS观测的简化动力学最小二乘批处理精密定轨

星载双频GPS载波相位和伪距观测量已成为低轨卫星获取精确三维位置和速度信息的主要方式. 本文以非差消电离载波相位和伪距组合作为观测量,应用简化动力学最小二乘批处理方法进行地球低轨卫星的精密定轨,并给出完整定轨流程. 采用逐段常量的经验加速度对动力学模型误差进行补偿,描述了经验加速度敏感矩阵及稀疏带状矩阵求逆的有效计算方法. 利用GRACE-A卫星GPS观测数据对定轨位置精度进行分析,结果显示,三维位置定轨精度优于5cm,经验加速度在径向、切向和法向上的补偿水平不超过40nm·s^-2,大气阻力系数和辐射光压系数的估计值符合物理实际,星载接收机钟差大致呈线性并具有短周期小波动.     

基于宏定义动态链接的模块化星载软件升级方法研究

提出了基于宏定义动态连接的软件模块化设计思路, 并针对某小卫星平台的体系结构, 对其星载软件进行了具体的模块化实现, 同时提出了一种在轨升级方案. 经实验验证分析, 所提出的模块化设计思路提高了星载软件在轨升级的效率和灵活性, 升级过程中对结构化模块信息上载和验证, 提高了升级方法的可靠性和安全性.     

运用信息融合式高阶UKF的微小卫星姿态确定算法

为提高微小卫星微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度,基于磁强计/太阳敏感器/陀螺仪的姿态敏感器配置以及无迹卡尔曼滤波方法（Unscented Kalman Filter,UKF）,设计了一种基于高阶UKF算法并且融合磁强计与太阳敏感器观测信息的微小卫星姿态确定算法.为提高系统状态方程非线性函数的一步预测精度,采用基于五阶UT变换的高阶UKF算法,增加了Sigma采样点数量,提高了系统状态预测精度.单一观测向量滤波算法不能同时满足多个不同量纲观测数据,本文提出一种同时利用两个观测向量的信息融合式滤波算法,根据磁强计和太阳敏感器的观测信息,通过卡尔曼滤波原理中的增益计算,分别得出地磁矢量和太阳矢量对应的卡尔曼增益信息.采用高斯概率密度准则进行信息融合,进而完成预测值的修正,得到同时满足磁强计以及太阳敏感器观测需求的四元数估计值,降低了观测误差的影响.仿真分析验证了算法的优越性.     

双星定位的数据融合方法

双星定位系统需借助于第三个定 参考量。该文将双星定位系统和多套现有的靶场跟踪设备联用,利用数据融合方法,获得定位参数和速度参数,同时给出双星定位系统和靶场跟踪设备的系统误差估计。理论分析和仿真计算表明,该文方法有较高的精度。