环境减灾卫星国际服务模式探索与成效

环境与灾害监测预报小卫星星座是我国对地观测系统的重要组成部分。2008年9月6日,我国成功发射环境与灾害监测预报小卫星星座A、B两颗光学小卫星（简称“环境减灾-1A、1B卫星”）。环境减灾-1A、1B卫星成功发射以来,民政部国家减灾中心（民政部卫星减灾应用中心）积极组织开展卫星在轨测试、运行管理、减灾应用、用户服务与宣传推广等工作。目前,卫星运行状态良好,各项指标正常。一年来,在成功应对国内数十场新发灾害监测与评估,积极开展国内应用服务的同时,也积极探索国际服务模式,拓展为国外救灾工作提供灾害监测产品服务,并先后成功应对澳大利亚森林大火、加拿大火灾、中缅边境火灾、海地特大地震等灾害应急监测与评估工作,在国际上获得好评,展示了我国空间技术在减灾救灾工作中的良好应用,树立了我国和平利用空间技术的大国形象。     

LEO卫星通信系统模糊逻辑动态位置区方案

文章在基于自主定位的动态位置区方案的基础上提出了模糊逻辑动态位置区方案,通过对用户在给定时间内运动模式的判定来动态改变用户的更新半径,并仿真比较了用户在不同初始更新半径下两种方案的更新和寻呼开销,以及用户在不同模糊逻辑统计时间下的更新和寻呼开销。仿真结果表明用户在该方案下的位置管理总开销相对于普通动态位置区有了明显的降低,提高了位置管理效率。     

遥测伪周期时间序列子序列异常检测算法

针对现有异常检测算法用于伪周期时间序列异常序列检测时易造成误差累积,导致序列周期与特征值上显著差异的不足,文章以卫星遥测伪周期时序数据为对象,综合两种常规分段方法的优势,提出了最大周期窗宽内基于极值的模式子序列分段算法。在此基础上,给出了一种基于均序列动态生成模型的子序列异常检测方法（AnomalySubsequenceDetectionmethodbasedonOptimizedSequenceModel,ASD_OSM）,并采用2次四分位距准则（DoubleQuantilerangescriterion,2Q准则）设置距离检测门限阈值,将超出阈值的序列判定为异常序列。某航天器传感器遥测子序列异常检测试验结果表明,提出的检测方法能够有效减少漏判,提高卫星遥测伪周期数据异常序列检测的准确性。     

基于统计学方法的卫星在轨热变形快速分析

为使用在轨实测温度数据辅助完成成像载荷视轴指向的在轨标定,首次将应用于地统计学中的普通克里格法用于卫星在轨温度场的无偏估计,提出了一种基于统计学方法的在轨热变形快速分析方法。应用热试验过程中星上少量温度实测数据进行卫星温度场的无偏估计,并将温度计算结果赋值到有限元模型,进而完成了热变形分析。应用此种方法,相比通过热物理方法进行温度场分析,可将热变形分析的工期缩短数日,且载荷变形的分析结果与试验实测结果的误差在1′左右,可较准确地得到载荷视轴在热变形作用下的指向变化。文章可为卫星在轨热变形的快速分析提供参考。     

RTCA协议下北斗完好性降效参数算法设计及检验

目前我国北斗导航增强系统的完好性参数设计缺少针对差分信息有效性的降效参数设计,不满足航空无线电委员会（RTCA）提出的接口协议,无法同国际其他GNSS星基增强系统相兼容。根据RTCA接口协议,针对我国卫星导航系统的完好性降效参数处理算法进行了研究,利用北斗实测数据分析了完好性降效参数对用户增强服务的影响,验证了算法的有效性。结果表明,正常情况下,北斗导航系统增强服务三维定位精度可达到113m。当用户丢失部分差分改正信息时,定位精度约144m,精度下降约274%,利用完好性降效参数对过期差分信息进行降效处理,优化定位权阵,可将定位精度提高至117m,达到正常增强服务水平。     

引入多Agent协商的协同优化在卫星设计中的应用

卫星设计是复杂的多学科优化问题,协同优化算法具有模块化特点适合于处理多学科优化问题。在对卫星进行多学科优化时发现,现有的协同优化算法为了保证共享变量在系统级和分系统级间的一致性,收敛困难,计算量大,不对分系统自身进行优化不能保证卫星整体性能最优。本文通过引入Agent概念和基于Agent的协商算法,提出了一种基于劝说式多Agent协商的协同优化设计算法。针对对地观测卫星,以总质量最小为目标,建立了包含结构、轨道控制、姿态控制和电源4个分系统Agent和1个系统级Agent的卫星优化设计模型并进行了协同优化设计。研究结果表明:引入Agent协商算法的协同优化算法,可以保证共享变量的一致性;在协同优化算法中增加分系统自身优化模块,可以保证在系统级优化过程中各分系统一直都是最优的。      

第二类无奇点根数的北斗历书参数设计

为统一北斗三类卫星的历书拟合算法,提出基于第二类无奇点根数进行历书参数设计的方法,设计了以倾角向量变率作为摄动参数的历书参数模型,并给出新的历书模型的用户使用算法。利用覆盖2013年全年的实际在轨卫星的数值轨道进行了历书拟合试验。结果表明,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO)卫星的拟合位置误差为2~4km,拟合用户距离误差（URE）约为1km,中圆地球轨道（MEO）卫星的拟合位置误差为1~2km,拟合URE约为500m。通过分析6个轨道根数和2个摄动参数全年的变化范围,对新历书模型进行量化单位和占用比特位的通信接口设计,定量分析量化单位对历书表达精度的影响。结果表明,参数截断后对位置误差的影响小于50m,对URE误差的影响小于5m。因此,历书量化误差对信号捕获以及首次定位时间带来的影响可以忽略不计。     

解析计算在月球中继卫星Halo轨道设计中的应用

面向月球中继卫星工程轨道设计需求,研究解析计算方法在地月系L2点halo轨道设计中的应用问题。在讨论圆型限制性三体问题三阶解析近似计算方法的基础上,分析了解析计算与数值计算的差异,给出了解析近似计算在工程约束下的适用范围,进而提出了基于解析计算的轨道设计和特征筛选方法。分别采用解析初值和数值初值进行halo轨道外推,比对验证采用解析计算设计轨道的可行性。研究结果表明,解析计算方法适用于月球中继卫星轨道的初步设计、特征分析和构型筛选。     

Quality variation of GPS satellite clocks on-orbit using IGS clock products

Over 60% clocks on board of the GPS satellites are working longer than their designed life. Therefore realizing their stabilities in a long time scales is essential to GPS navigation and positioning plus IGS time scale maintaining. IGS clock products from 2001 to 2010 are used to analyze the GPS satellite clock qualities such as frequency stabilities and clock noise level. We find out that for the clocks of Block IIA satellites the frequency stabilities and clock noise are 10 times worse than that of the Block IIR and IIR-M satellites. Moreover, the linear relationships between frequency stabilities and clock residuals have been deduced with an accuracy of better than 0.02 ns. Specially, it is noticed that the clock of the PRN27 is instable and the relationship between the frequency stability and residuals is at least a quadratic curve. Therefore, we suggested that GPS satellite clocks should be weighted by their quality levels in application, and the observations of the Block IIA should not be used for real-time positioning which required precision better than one meter.     

嫦娥一号卫星撞月时刻与坐标精确分析

针对CE-1卫星精确的撞月时刻与撞月点坐标,首先通过探测器载波信号的本地相关处理技术,精确分析了载波信号在VLBI各测站的消失时刻,进而推算了卫星的撞月时刻;通过实时单向多普勒频移测量的事后分析,核实了卫星撞月过程中的飞行姿态演化;最后结合VLBI互相关时延与测距资料,经定位归算确定撞月点坐标。分析表明,CE-1卫星撞月时刻的误差为±5μs,撞月点坐标月面切向和三维定位误差分别约为0.274km和0.319km(1σ)。