基于广播星历的北斗绝对位置基准建立与精度分析

军事反恐、远洋或偏远地区等区域由于条件受控或受限，无法快速自建基准站网框架，因此难以获取高精度的全球绝对位置基准。基于此，提出了利用广播星历中获取的开普勒轨道参数和钟差参数，联合伪距和载波观测值，对单站多天观测文件和导航文件进行静态序贯最小二乘解算，使其定位精度收敛，进而为该区域提供一个低成本的绝对位置基准。多天连续试验结果表明：1）在静态环境下，BDS广播星历单天解的平面和高程定位精度分别为30.0cm和20.0cm，若延长观测时长至7天左右，可获得收敛解，其平面和高程方向平均精度分别达到9.5cm和14.3cm；2）用超快速星历代替广播星历，则BDS单天解平面和高程精度分别为24.3cm和37.3cm，与广播星历结果相差不大；3）对比BDS和GPS定位结果发现，BDS与GPS定位精度结果基本相当，GPS/BDS组合可显著提升定位精度和稳定性。     

导航星座自主星历更新技术

自主星历更新是导航星座自主导航的关键技术之一,包括卫星轨道精确确定和轨道短时预报两个方面的内容.相比之下,卫星轨道短时外推预报容易实现.因而,本文在系统地论述导航星座自主导航信息处理流程的基础上,重点提出一整套由星间双向伪距和测量方程、卫星受摄轨道系统状态方程、以及协方差匹配自适应Kalman滤波组成的卫星自主轨道确定算法.仿真结果表明：利用星载Kalman滤波器处理星间双向测量数据,卫星自主轨道确定精度和用户测距精度可以分别达到5.40m、1.86m,能够满足用户高精度导航应用需求.初步证明导航星座自主导航信息处理流程及其星历更新算法的合理性和可行性.     

利用GPS非差观测值的GRACE卫星精密定轨

参照GPS精密单点定位（PPP，Precise Point Positioning）模型设计了一种新的卫星定轨方法一组合星载加速度计测量数据和IGS提供的GPS精密星历及精密钟差数据进行低轨卫星的精密定轨。利用星载加速度计提高卫星受力模型准确性，使动力法定轨精度和可靠性都得到提升。同时，采用多种改正技术提高GPS非差观测值测量精度，保证最终高精度卫星定轨。本文建立了卫星定轨的轨道滤波模型，得出了有益的结论，即采用星载加速度计测量卫星非保守力可提高卫星定轨精度，在ITRF2000参考系下三轴精度优于18cm。这种方法不需要在全球建市基准观测站．定轨设备简单．费用低廉．     

一种卫星精密星历的插值方法

在卫星各种应用中通常需要对卫星的星历进行插值,而且要求插值后星历精度仍保持与原轨道精度相当。本文采用在拉格朗日多项式插值方法基础上改进的Neville算法,对一颗低轨道地球卫星进行了仿真计算,分别对采用轨道根数和直角坐标速度形式的轨道进行插值。仿真结果表明选取合理的插值方法后,可以得到高精度的卫星星历,具有工程应用价值。     

“嫦娥二号”卫星拓展试验轨道计算中心天体的选取

飞行器的星历积分不可避免涉及中心天体的选取问题。“嫦娥二号”卫星在拓展试验期间处于弱引力区,文章针对拓展试验期间的轨道状态,从受摄运动二体问题角度分析得出适宜选取太阳作为中心天体。进而结合真实力模型情况,使用行星星历表计算行星产生的摄动力,从理论上推导得出在忽略小天体摄动的前提下,由于摄动天体同时对中心天体和飞行器产生摄动作用,以地球为中心天体产生的摄动力类似于潮汐力,而以太阳为中心天体则不然,因而更适宜选取地球作为中心天体计算轨道运动问题     

18参数广播星历分析研究

针对18参数广播星历模型对混合星座（包含GEO（地球同步轨道）、IGSO（倾斜地球同步轨道）、MEO（中地球轨道））的拟合精度和稳定性问题,利用摄动理论中的分析方法研究18参数广播星历模型新增参数的物理意义,通过数值仿真比较分析18参数模型与16参数模型对混合星座的拟合精度和稳定性。分析研究表明,新增2个参数可以较好地逼近轨道变化的长周期项,相同拟合弧长的拟合精度比16参数提高了50%左右,但受短周期项影响,拟合不够平稳,同时由于轨道变化特征的差异,对GEO和IGSO卫星的拟合不如MEO卫星稳定。数值仿真结果表明,要保证稳定性必须增加拟合弧长,但拟合精度会有一定下降,18参数条件下,MEO卫星选用3h拟合弧长能保持很好的稳定性,GEO和IGSO卫星则需要选择5h拟合弧长。     

“火卫1”轨道预报与动力学分析

使用数值积分的方法对"火卫1"(Phobos)轨道进行预报计算,介绍了计算"火卫1"轨道时考虑的动力模型与数值积分方法,分析了不同动力模型及参量对轨道计算结果的影响,并确定最终选择的模型。最后将计算结果与不同机构发布的最新历表进行比较,计算位置和轨道根数的差异。得到的结果与各星历之间差异的量级相同,进而验证了相关模型和算法的精度和可靠性。该轨道预报算法模型与分析结果将对"火卫1"探测任务提供参考。     

基于实时SSR数据的LEO卫星精密单点定位研究

对目前低轨卫星实时定位的方法进行了研究,现在通常采用GPS定位,使用广播星历和普通晶振,实时定位精度一般在10m以内,不能满足高精度实时定位的需求。IGS组织在全球范围内对GPS跟踪分析,生成精密星历、精密钟差产品、按SSR格式的广播星历和钟差修正产品并在网上发布。对这些IGS产品进行了调查,提出在现有测控支持情况下,可以通过高密度上注SSR信息流实现在轨高精度定位。以某型号低轨微小卫星在轨导航增强载荷为应用背景,用IGS03产品中的1057和1058数据对双频GPS接收机的星历和钟差进行修正,采用递推最小二乘估计和LAMDA模糊度固定过对载波相位和伪距信息进行处理,在短时间内获得亚米级定位结果。     

5颗导航用X射线脉冲星计时分析

脉冲星计时特性分析是开展脉冲星导航和脉冲星时研究的基础，为其提供了精确的脉冲星计时模型参数和辐射特征。本文在系统总结脉冲星计时分析方法的基础上，选择了当前导航中应用最广泛的5颗脉冲星，并利用国内外在轨X射线观测卫星的最新观测数据对其分析，包括：“慧眼”硬X射线调制解调望远镜（HXMT）针对Crab脉冲星和PSR B1509-58的观测，中子星内部结构探测器（NICER）针对PSRs J1821-2452A、J1939+2134和J0030+0451的观测。通过对“慧眼”HXMT和NICER在2017-2021年高精度计时观测数据的分析，获得了较长时间段内脉冲星最新状态的自转特性和物理信息，一方面给定了脉冲星最新的、覆盖时间长、自转参数精度较高的X射线星历，证明在X射线波段也可独立给出较高精度的星历；另一方面建立了它们清晰显著的积分脉冲轮廓，其中在选定的能量段范围内3颗毫秒脉冲星的轮廓是当前最精确的，可为脉冲星导航研究提供最新的标准模板。本文仅对脉冲星的X射线数据进行了分析，未来利用国内外多个望远镜，开展多波段联合计时分析，将是脉冲星计时研究的重要方向。     

考虑有色噪声影响的脉冲星导航2级强跟踪差分滤波器

为提高X射线脉冲星导航对有色噪声及太阳系内星历误差的鲁棒性，设计了2级强跟踪差分滤波器（TSTDKF）。首先在分析导航原理基础上，导出了中心天体星历误差对导航结果的误差传递关系，并利用扩展卡尔曼滤波器（EKF）进行了仿真验证；在同一运行轨道上，又结合引力摄动模型对第三天体引力摄动数据进行了分析，证明该部分噪声为有色噪声。根据以上结论，将普通2级卡尔曼滤波器（TKF）的无偏滤波器设计为一种改进的差分卡尔曼滤波器以降低有色噪声对导航系统的影响，同时又在其独立偏差滤波器中根据观测残差构建了多重自适应调节因子以增强其跟踪性能，两者共同构成TSTDKF的2个并行滤波器。通过仿真实验证明，TSTDKF的位置误差性能最大可比EKF和TKF改进56.49%和35.18%，速度误差性能改进27.66%和17.07%；对星历误差的跟踪效果也整体好于TKF。