GPS自主定姿定轨技术在新一代大型静止轨道卫星上的应用

GPS技术是航天工程中具有发展前途的关键技术，是卫星自主定姿定轨高效经济的方法。新一代大型静止轨道卫星（即地球同步轨道静止卫星）上采用GPS自主定姿定轨技术能使卫星定姿定轨技术上一个新台阶。本文着重分析研究了新一代大型静止轨道卫星平台上采用GPS自主定姿定轨技术的可行性。     

M估计在卫星轨道确定中的应用

基于卫星测控的测量方程和动力学方程,分析了传统定轨策略中观测方程误差模型的非正态性,推导了定轨方程,提出了一种基于M估计的卫星定轨方法,证明了相关的性质。仿真结果表明：基于M估计的卫星定轨方法可明显抑制粗差影响,提高卫星轨道确定精度。     

实施卫星激光定轨的建议

随着卫星对地观测分辨率的不断提高 ,对卫星在轨位置精度的要求也越来越高。采用星载激光后向反射镜阵列与卫星激光测距定轨方法 ,可以获得厘米级的定轨精度。文中针对我国国情 ,建议我国的导航卫星和对地观测卫星采用激光定轨技术 ,并提出了创立卫星激光定轨条件的实施建议。     

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.     

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。     

地球卫星动力学定轨中摄动模型的选取

地球卫星动力学定轨中需要依据卫星轨道高度考虑不同的摄动项,以提高定轨精度。针对这一需求,分析了不同轨道高度下卫星所受的地球非球形、日月引力、太阳光压和大气阻力4种摄动项对二体模型的校正量,数值仿真表明实验结果与摄动项的力学分析相吻合,另外,给出了地球卫星动力学定轨中不同轨道下卫星摄动项的选取原则。     

单站多普勒跟踪定轨的优化算法

由于低轨道小卫星应用的日益广泛，在轨卫星数目的迅速膨胀，对传统的多个地面站相互协调管理卫星领域模式提出了挑战。小卫星的低成本特性必然要求存在与之相应的地面站设施降低复杂性、降低成本。本文针对当前已提出的单站多普勒定轨方案，进一步研究了多普勒定轨的有关方法，提出和建立了多普勒定轨的优化算法与模型，最后进行了仿真分析与模型的有效性验证。     

全球定位系统用作卫星轨道测量和深空跟踪

介绍国际上近几年来采用全球定位系统作低、高轨道卫星跟踪定轨的试验研究结果。对低轨道卫星采用向上看的工作模式，定轨精度可达３～５ｃｍ。对高轨道的数据中继卫星，采用类ＧＰＳ法定轨精度可达几米。对深空飞行器的跟踪，借助于大型天线，角跟踪精度可达百分之几秒。     

基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道方法

由于卫星轨道观测数据中含有非线性影响因素,必然会降低定轨精度。在半参数 回归模型的基础上,应用小波阈值去噪算法估计并消除观测数据中存在的非线性影响因素, 提出了基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道的方法,以提高定轨精度;然后,在理论 上证明了在测量数据存在非线性影响因素的情形下,基于半参数回归模型的批处理确定卫星 轨道方法的定轨精度高于经典的批处理定轨精度;最后,对中低轨卫星应用批处理定轨进行 了仿真。结果表明：基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道方法分离出观测数据中的 白噪声和非线性影响因素,从而可以在观测数据中消除非线性影响因素,提高定轨的精度。     

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。     

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。
     

基于天基测控的同步轨道卫星联合定轨方法研究

以美国现行的天基光学传感器SBV为例,分析了天基测控环境下光学传感器对同步轨道目标的覆盖特性,并构建了天基测控的观测模型。针对天基卫星星历误差对同步轨道目标定轨精度的影响,提出了抑制天基卫星星历误差的天地基联合定轨方法,将天基卫星和同步轨道卫星都作为待估计状态量,同时解算天基卫星和同步卫星轨道。仿真实验表明,天地基联合定轨方法能有效抑制天基星历误差的影响,能同时提高天基卫星和同步卫星的定轨精度。
     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

基于GNSS的高轨飞行器定轨研究

针对高轨道飞行器的定轨问题开展研究,对导航星的空间可见性和信号可用性进行了分析,针对单一系统无法满足定轨需求,提出了多系统互操作的组合定位方法:一方面可以有效增加可见卫星数量,改善卫星几何结构图形,提高卫星定位精度;另一方面,填补单一系统存在覆盖盲区问题,扩大了系统的应用领域。同时,给出了多系统数据融合算法解决GNSS进行高轨飞行器定位的相关问题,最后,通过仿真证明分析模型、方法的可行性。     

低轨星载光学测量确定静止卫星轨道的方法

为了研究低地球轨道(LEO)卫星对地球静止轨道(GEO)卫星的跟踪定轨能力,文章提出利用LEO星载光学测量技术对GEO卫星进行轨道确定.文章充分考虑光学可视条件与星载相机的观测区域,对LEO卫星跟踪GEO卫星的空间环境以及测量模式进行模拟.利用模拟得到的测角数据采用数值方法对GEO卫星进行定轨并与参考轨道进行重叠对比....     

用卫星对卫星进行多普勒测量实现星上定轨的方法

利用静止卫星跟踪测量近地卫星,并根据在近地卫星上所获得的多普勒测量信息实现滤波定轨。考虑到星上计算机速度和容量的限制,以卫星轨道平均根数作为状态变量建立轨道动力学模型,并采用推广卡尔曼滤波器给出近地卫星轨道根数的估计方法。其仿真结果表明,采用这种技术能够实现适当精度的轨道估计。     

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。
     

相对轨道自主确定方法的改进

编队飞行卫星相对轨道的确定具有重要意义。本文提出一种完全自主的定轨方案,在利用星间测量信息实现编队飞行卫星自主定轨的基础上,引入太阳敏感器测量信息,利用扩展卡尔曼滤波算法提高环绕星相对轨道确定精度。仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

低轨卫星星座精密定轨及运行控制发展综述

对低轨卫星星座精密定轨及运行控制进行了综述。首先将低轨卫星精密定轨的关键技术分为星载GNSS高精度定轨、星间链路高精度定轨和联合中继卫星高精度定轨3个方面,梳理了研究进展,分析了未来低轨卫星精密定轨的发展趋势。然后分析了低轨卫星星座的摄动力,介绍了运行控制的概念,将关键技术分为纬度幅角控制技术和升交点赤经控制技术,分别梳理了研究进展,给出了未来低轨卫星星座运行控制的发展趋势。     

风云四号卫星双程测距系统精密轨道确定

针对我国新一代静止轨道卫星风云四号高精度轨道计算需求,地面跟踪系统设计了多台站双频双程测距模式。详细给出了信号传播介质改正中的电离层与对流层处理方法,并给出了风云四号卫星动力学轨道确定策略。在非变轨期间,采用动力学定轨方法。轨道确定残差分析,测量噪声均方根优于0.5 m。通过轨道重叠分析,非变轨期间精度优于20 m。动量轮卸载期间,采用估计经验力的方法,其定轨残差优于1 m。对多弧段数据处理表明文中方法满足同步卫星双程测距模式下的高精度轨道跟踪问题。