释放不同化学物质对电离层扰动的比较

在电离层F区释放氢（H₂）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、六氟化硫（SF₆）、三氟溴甲烷（CF₃Br）、羰基镍（Ni（CO）₄）可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H₂和CO₂,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF₆和Ni（CO）₄,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长.     

Generating precise and homogeneous orbits for Jason-1 and Jason-2

Driven by the GMES (Global Monitoring for Environment and Security) and GGOS (Global Geodetic Observing System) initiatives the user community has a strong demand for high-quality altimetry products. In order to derive such high-quality altimetry products, precise orbits for the altimetry satellites are a necessity. With the launch of the TOPEX/Poseidon mission in 1992 a still on-going time series of high-accuracy altimetry measurements of ocean topography started, continued by the altimetry missions Jason-1 in 2001 and Jason-2/OSTM in 2008. This paper contributes to the on-going orbit reprocessing carried out by several groups and presents the efforts of the Navigation Support Office at ESA/ESOC using its NAPEOS software for the generation of precise and homogeneous orbits referring to the same reference frame for the altimetry satellites Jason-1 and Jason-2. Data of all three tracking instruments on-board the satellites (beside the altimeter), i.e. GPS, DORIS, and SLR measurements, were used in a combined data analysis. About 7 years of Jason-1 data and more than 1 year of Jason-2 data were processed. Our processing strategy is close to the GDR-C standards. However, we estimated slightly different scaling factors for the solar radiation pressure model of 0.96 and 0.98 for Jason-1 and Jason-2, respectively. We used 30 s sampled GPS data and introduced 30 s satellite clocks stemming from ESOC’s reprocessing of the combined GPS/GLONASS IGS solution. We present the orbit determination results, focusing on the benefits of adding GPS data to the solution. The fully combined solution was found to give the best orbit results. We reach a post-fit RMS of the GPS phase observation residuals of 6 mm for Jason-1 and 7 mm for Jason-2. The DORIS post-fit residuals clearly benefit from using GPS data in addition, as the DORIS data editing improves. The DORIS observation RMS for the fully combined solution is with 3.5 mm and 3.4 mm, respectively, 0.3 mm better than for the DORIS-SLR solution. Our orbit solution agrees well with external solutions from other analysis centers, as CNES, LCA, and JPL. The orbit differences between our fully combined orbits and the CNES GDR-C orbits are of about 0.8 cm for Jason-1 and at 0.9 cm for Jason-2 in the radial direction. In the cross-track component we observe a clear improvement when adding GPS data to the POD process. The 3D-RMS of the orbit differences reveals a good orbit consistency at 2.7 cm and 2.9 cm for Jason-1 and Jason-2. Our resulting orbit series for both Jason satellites refer to the ITRF2005 reference frame and are provided in sp3 file format on our ftp server.     

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。     

基于GPS的静止轨道卫星自主定轨技术研究

分析了在静止轨道上GPS星的可见性情况,提出了判别GPS星是否可见的标准。然后,对自主定轨方法进行了研究,提出了将强跟踪滤波方法作为导航滤波方法,并进行数学仿真模拟。仿真结果表明,此项技术是可行的,文中的导航滤波方法是十分有效的。     

卫星多敏感器组合姿态确定系统中的信息融合方法研究

针对卫星陀螺，红外地平仪，太阳敏感器，GPS接收机组合姿态确定系统的特点，提出一种基于联邦卡尔曼滤波算法的信息融合方法，其中信息分配系数通过计算协方差矩阵的迹在线自适应确定。推导了由四元素描述的卫星姿态误差状态方程和各子系统的测量方程。仿真分析结果表明采用该信息融合算法可以提高定姿精度，有效抑制滤波发散，并使整个系统的运算速度和收敛速度都有所提高。     

星载加速度计数据在卫星定轨中的应用

基于传统的动力学法,以加速度计数据替代非保守力加速度,提出了一种用加速度计数据进行卫星精密定轨的模型。用美喷气推进实验室(JPL)提供的GRACE星星载加速度计实测数据进行了验证。结果表明,用加速度计可获得较准确的卫星瞬时加速度,其积分轨道的误差小于纯力学模型,从而提高卫星定轨精度。但由于动力学定轨法的固有特点,其定轨误差会随时间而增大。     

基于基线延长的高精度北斗双星系统快速定向算法研究

由于北斗定位系统的两颗卫星位于赤道的同步轨道，对地静止且可观测的载波相位信息少，因此传统多星系统求解整周模糊度进行定向的方法难以直接利用。针对此情况，利用延长基线可改变卫星-天线几何关系的方法，求解载波相位的整周模糊度，化不利为有利，实现双星的快速定向。针对基线在不同区域不同姿态下的仿真表明：当测试条件为基线原长1．5m，延长倍数为4时，载波相位测量精度为1％周，可实现优于0．1。的方位精度和0．05。的俯仰精度，如果延长基线或增加延长倍数，还可取得更高精度，证实了该方法的可行性和高精度性。同时由于该方法的基线安装机构简单可靠，使用时便于展开，因此可应用于环境复杂的快速定向场合。     

北斗系统地固系自主定轨算法

为避免传统惯性系自主定轨算法中的多次坐标转换,针对地固系分布式自主定轨算法原理及其中的关键技术开展研究。给出在地固系中进行自主星历生成的总体框图,推导了地固系自主定轨算法的基本方程,提出一种新的以地固系位置速度为状态量的状态转移矩阵解析计算方法并分析其计算量,证明了地固系自主定轨算法可以进一步降低定轨算法复杂度,且无需上注地球定向参数进行坐标转换。使用仿真数据和真实在轨测量数据的测试结果表明,提出的地固系分布式自主定轨算法与传统算法定轨精度相当,说明了所提算法的可行性,验证了星载自主定轨原型软件的有效性。     

一种分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法

针对传统航天器集中式实时轨道确定方法对计算中心依赖性强、鲁棒性差等问题,在分布式混合信息滤波算法(DHIF)的基础上,提出一种基于分布式信息融合的航天器实时轨道确定算法。通过该算法各测站融合自己和邻居节点的状态信息及量测信息,可同时对目标航天器进行局部实时定轨。该算法支持包含多类型传感器的观测网络,对定轨系统局部变化适应性强。仿真结果表明,该分布式定轨算法使各测站局部定轨精度优于单站滤波定轨精度,且一致逼近于多站集中式滤波定轨精度,测站局部定轨的收敛速度取决于测站网络通信的拓扑结构。     

利用多普勒测量确定嫦娥四号着陆器精密定轨

针对嫦娥四号着陆器环月飞行阶段的轨道,开展基于多普勒测量数据的精密轨道计算与精度分析。首先给出了多普勒测量数据的精确观测建模方法。然后,从着陆器姿控力影响,重叠弧段轨道比较,以及独立轨道比较几个方面开展计算与分析,结果表明：姿控喷气会对探测器产生细微的加速度,对轨道计算产生20~50 m的影响;通过重叠弧段的比较,稳定飞行阶段多普勒数据独立解算轨道的精度优于30 m;与测距与VLBI测量联合解算轨道的比较,轨道之间的差异小于50 m。