岁差章动模型更新等因素对坐标转换的影响

GCRS(Geocentric Celestial Reference System,地心天球参考系)与ITRS(International Terrestrial Reference System,国际地球参考系)之间的坐标转换方法与岁差章动模型密切相关,IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)规范先后推荐了3组不同的岁差章动模型。论文分析了基于春分点的坐标转换过程,在比较3组岁差章动模型间差异的基础上,以太阳系10个天体为例,计算了岁差章动模型更新、极移、世界时与地球时差值等因素对坐标转换影响的具体数值。结果表明,IAU 2006岁差-IAU 2000AR06章动与IAU 2000岁差-IAU 2000A章动间的差异,对坐标转换的影响在0.5mas以内;而IAU1976岁差-IERS 1996章动与前2组岁差章动间的差异,对坐标转换影响的最大值达到37mas;极移对坐标转换影响的最大值达到0.6″,远高于岁差章动模型更新所带来的影响;当忽略世界时与地球时的差异时,结果完全错误。通过此分析,明确了极移、世界时与地球时的差异对坐标转换影响的具体数值,可为工程计算中岁差章动模型的选取提供参考依据。     

基于无旋转原点的参考系转换方法及其计算

基于引入无旋转原点可以克服春分点的固有缺陷的特性,在分析GCRS (Geocentric Celestial Reference System,地心天球参考系)与ITRS(International Terrestrial Reference System,国际地球参考系)之间基于无旋转原点的转换过程基础上,计算了IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)1996、2003、2010等规范所推荐的3组转换参数的具体数值及其差异,并以太阳系10个天体为例进行了参考系转换计算.结果表明:IERS 2003、2010规范中推荐的2组转换参数间的差异较小,对坐标转换的影响在0.5 mas以内;IERS 1996规范中推荐的转换参数与另外2组转换参数间的差异较大,对坐标转换的影响在2.5 mas以内.基于无旋转原点转换和基于春分点的岁差章动转换2种方法间的差异对坐标转换的影响,在IERS 2003、2010规范中不超过5 μas,而在IERS 1996规范中由于未考虑框架偏差的影响导致差异较大.     

世界时与地球时转换经验公式的改进与比较

针对世界时与地球时的差值ΔT问题,提出了新的拟合多项式。基于美国海军天文台发布的1657年~2020年间的ΔT数据,以及IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转和参考系服务组织)公报中公布的LS(Leap Seconds,跳秒)数据,在美国NASA(National Aeronautics and Space Administration,国家航空航天局)经验公式的基础上进行了改进,分别用3次、4次、5次、6次多项式进行拟合。然后,基于最小二乘法得到一组多项式经验公式,可适用于公元纪年、儒略日、简约儒略日以及从J2000.0起算的儒略世纪数等4种时间格式。通过精度计算表明,该组经验公式计算结果与USNO(United States Navy Observatory,美国海军天文台)基准序列的残差不超过±1.29s,与IERS基准序列的残差不超过±0.16s,整体优于NASA经验公式的计算精度。同时还给出了得到更高精度经验公式的拟合方法。     

基于高精度光纤干涉仪的世界时测量技术研究

世界时是以地球自转运动为参考的时间计量系统,在空间飞行器的轨道坐标转换中起到重要的作用。综述了空间飞行器的精密定轨对世界时测量精度的需求,对现有空间大地测量方法、大型激光陀螺仪、大型光纤干涉仪等测量世界时的现状进行了分析,阐述了基于高精度光纤干涉仪的世界时测量方法需重点解决的关键技术。对所实现的大型高精度光纤干涉仪及其世界时测量系统进行了试验验证,连续15天的测试数据表明,采取了定向测量误差消除方法后,光纤干涉仪的零偏稳定性达9.7×10^-7(°)/h(1h, 1σ),测量系统解算的世界时标准偏差为1.5ms,经IERS比对及验证,测量系统的世界时测量误差小于7ms。最后,对基于高精度光纤干涉仪的世界时测量精度以及其他地球参数测量进行了展望。     

DE历表的结构、计算与比较

在详细介绍美国JPL(Jet Propulsion Laboratory,喷气推进实验室)发布的DE (Development Ephemerides,行星/月球展开历表)系列历表的基本情况、头文件和数据文件的结构、历表计算原理等内容的基础上,以DE405、DE421、DE431为例,分别计算了1900-2200年间月球、太阳、行星等天体在地心天球参考系中的坐标及速度,并由此得到3个历表间的差异,结果表明DE431与DE421之间的差异,整体而言要小于二者同DE405之间的差异.最后以引潮力的计算为例,表明历袁更新对于引潮力的影响基本可忽略不计,验证了IERS(International Earth Rotation and reference systems Service,国际地球自转与参考系服务)规范中关于历表更新对相关地球科学影响十分有限的结论.     

基于马氏距离的雷达网有源假目标干扰鉴别技术

针对雷达网有源假目标干扰问题,为了消除长基线雷达组网时地球曲率对数据处理的影响,通过坐标转换,将各雷达站的目标的量测数据转化到了地心直角(ECEF)坐标系内,得到统一坐标系下的目标量测信息,完成空间上的对准;在此基础上,基于虚假目标的量测与雷达站位置有关,真实目标量测与雷达站无关,因而依据卡方分布的性质,在ECEF坐标系内对各个量测进行卡方检验,鉴别出虚假目标;最后,通过仿真验证了分析的正确性,该算法与工程实际接轨,实用性较强。     

地面和机载Ku波段定向天线的标定方法

提出了一种以地球同步轨道卫星作为参考物、利用GPS位置对Ku波段地面及机载定向天线进行快速标定的方法;研究了将地心大地坐标变换到地心空间直角坐标参数和将地心空间直角坐标变换到站心极坐标的计算方法;给出了定向天线的标定实施步骤。测试结果表明,地面定向天线标定角度误差可达0.1°,机载定向天线标定角度误差可达1°,该标定精度可以满足大部分应用需求。     

Observations and Models of the Long-Term Evolution of Earth’s Magnetic Field

The geomagnetic signal contains an enormous temporal range—from geomagnetic jerks on time scales of less than a year to the evolution of Earth’s dipole moment over billions of years. This review compares observations and numerical models of the long-term range of that signal, for periods much larger than the typical overturn time of Earth’s core. On time scales of 10⁵–10⁹ years, the geomagnetic field reveals the control of mantle thermodynamic conditions on core dynamics. We first briefly describe the general formalism of numerical dynamo simulations and available paleomagnetic data sets that provide insight into paleofield behavior. Models for the morphology of the time-averaged geomagnetic field over the last 5 million years are presented, with emphasis on the possible departures from the geocentric axial dipole hypothesis and interpretations in terms of core dynamics. We discuss the power spectrum of the dipole moment, as it is a well-constrained aspect of the geomagnetic field on the million year time scale. We then summarize paleosecular variation and intensity over the past 200 million years, with emphasis on the possible dynamical causes for the occurrence of superchrons. Finally, we highlight the geological evolution of the geodynamo in light of the oldest paleomagnetic records available. A summary is given in the form of a tentative classification of well-constrained observations and robust numerical modeling results.     

基于卫星共视的罗兰C导航系统原子频标时间同步

介绍了CV技术的基本原理和罗兰C系统原子频标资源的使用状况,并通过引入系统融合和CV技术,对比对数据进行检测校验,最终实现了罗兰C导航系统原子频标与UTC时间基准同步。     

BDS接收机星间载波相位偏差

BDS(BeiDou satellite navigation System,北斗卫星导航系统)的MEO/IGSO (Medium Earth Orbit/Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,中圆地球轨道/倾斜地球同步轨道)卫星在D1导航电文上调制了NH(Neumann-Hoffman,奈曼-霍夫曼)二次编码,而在GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)卫星上未使用.利用北斗MEO/IGSO和GEO卫星进行差分定位时,采用不同NH码符号映射规则的接收机之间会出现半周载波相位偏差的问题,严重影响RTK (Real-Time Kinematic,实时动态差分)应用.通过分析半周载波相位偏差的形成机理,从单差、双差、三差应用角度分别研究了半周载波相位偏差的影响.分析结果表明,接收机NH码符号映射规则与卫星不一致时,接收机直接用乘法器对NH码解调将存在反相,也即引入了半周载波相位偏差;在满足特定条件下,单差和双差应用时会存在半周载波相位偏差的问题;三差应用时不存在半周载波相位偏差的问题.最后,提出了需在北斗接口控制文件中明确卫星NH码调制或映射规则的修订建议.     

An improved numerical method for constructing Halo/Lissajous orbits in a full solar system model

An improved numerical method that can construct Halo/Lissajous orbits in the vicinity of collinear libration points in a full solar system model is investigated. A full solar system gravitational model in the geocentric rotating coordinate system with a clear presentation of the angular velocity relative to the inertial coordinate system is proposed. An alternative way to determine patch points in the multiple shooting method is provided based on a dynamical analysis with Poincare′sections. By employing the new patch points and sequential quadratic programming, Halo orbits for L_1, L_2, and L_3 points as well as Lissajous orbits for L_1 and L_2 points in the EarthMoon system are generated with the proposed full solar system gravitational model to verify the effectiveness of the proposed method.     

极区横向地理系空间稳定型惯导算法研究

针对地心惯性系和当地地理系的空间稳定型惯导系统导航算法在极区导航失效的问题,提出了适用于空间稳定型惯导系统的极区导航算法。该算法通过伪经纬网构建了横坐标系参考框架,建立了横向地理系空间稳定型惯导系统力学编排,并在此基础上重新推导了通用的误差模型。最后,通过极点附近区域与穿越极点区域仿真分析了算法的极区有效性。仿真结果表明该算法在极点附近区域解算的伪航向角误差小于3′,伪经度误差小于4′;在穿越极点区域解算的伪纵摇角、伪横摇角误差小于0.3′,伪航向角误差小于3′,伪东向、伪北向速度误差小于1m/s,伪经度、伪纬度误差小于4.2′。该算法克服了极区导航计算溢出、误差放大等问题,提高了系统的极区导航精度,能够满足极区导航要求。     

一种双时间尺度函数Wiener过程性能退化模型

为通过性能退化数据评估产品的可靠性,基于广义Wiener过程提出了一种双时间尺度函数模型以描述产品退化过程。采用极大似然估计(MLE)法求解模型参数,推导了其寿命分布(FTD),进而进行可靠度分析和寿命评估。对模型进行了Monte Carlo模拟验证和实例应用,并将目前常用的混合效应Wiener过程模型作为参考方法进行了对比分析。结果表明:根据90%可靠度曲线的定义,该方法较参考方法的结果更为合理、准确。进一步的寿命评估结果表明,该方法与参考方法的平均寿命相差232.9h,90%可靠寿命结果相差109.4h,且参考方法计算结果偏于危险。      

GNSS多系统RTK授时性能分析

RTK授时不依赖实时精密星历,精度高、实现简单,在短距离精密授时与时间同步中具有突出的应用潜力。针对城域环境下单系统RTK授时可能面临可用卫星数量较少、收敛时间较长等问题,验证分析了GNSS多系统RTK授时性能。基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和3个GNSS跟踪站的BDS-3、GPS和Galileo观测数据开展多系统RTK授时试验,涉及动态、静态和固定站坐标3种模式,并从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。两条基线的试验结果表明：与光纤双向时间频率传递结果相比,动态模式下,多系统单频授时差异STD较GPS单系统分别提高9.13%和9.01%,静态模式分别提高6.09%和11.76%,固定站坐标模式分别提高3.04%和5.79%,多系统单频RTK授时的授时结果差异STD优于0.25 ns,双频优于0.15 ns;多系统融合使得RTK授时的收敛时间与GPS单系统相比至少缩短25%以上,静态模式下双频RTK收敛时间缩短最多,两条基线分别缩短66.9%和67.8%;3种模式多系统站间钟差的万秒稳均进入10^-15量级,动态模式和静态模式下短期稳定度相比GPS单...     

坐标系转换矩阵及其微分方程

在坐标单位矢量导数为非零条件下，通过建立飞行器的转换矩阵及其微分方程，将飞行器的动力学、运动学方程表达得更清晰、简洁。所得结论易于理解动静两种坐标系在时域内的联系，其数学表达式方便用MAT—LAB语言实现，有利于飞行器的建模与仿真。