Tomographic determination of the spatial distribution of water vapor using GPS observations

With the advent of the GPS navigation system, a promising ground based technique has been introduced which makes it possible to estimate the amount of water vapor in the troposphere from operational GPS networks at relatively low additional costs. While the estimation of the integrated amount is currently well established, the determination of the spatial water vapor distribution and its temporal variation are still a major challenge. To account for the vertical resolution, several tomographic approaches were pursued. We developed the software package AWATOS (atmospheric water vapor tomography software) which is based on the assimilation of double differenced GPS observations. Applying a least-squares inversion, the inhomogeneous spatial distribution of water vapor is determined. An extensive investigation has been carried out in Switzerland. GPS measurements are performed by the dense permanent Swiss national GPS network AGNES of the Swiss Federal Office of Topography (swisstopo). A total of 40 equally distributed water vapor profiles have been estimated on an hourly basis. For the purpose of validation, 22 radiosonde profiles were used at the GPS and meteorological station Payerne. Furthermore, data of the numerical weather model aLMo (alpine model in Switzerland, MeteoSwiss) were compared with the tomographic results. An overall good agreement of the three methods with an rms of better than 1.6 g/m³ absolute humidity was achieved. The results show that AGNES can be used as a dedicated network for the purpose of GPS-tomography, using a horizontal resolution of approximately 50 km and height layers of 300–500 m thickness in the lower troposphere.     

一种高精度角速率圆锥补偿算法

以角速率信号作为算法输入时,采用以往常用的圆锥补偿算法,算法误差明显增大.鉴于光纤陀螺角速率信号可以直接获取,提出了一种以角速率信号作为圆锥补偿算法输入的新补偿算法.在姿态更新周期内,以光纤陀螺角速率信号作为输入,求得陀螺角速率输出的表达式,结合旋转矢量微分方程,推导出新圆锥补偿算法表达式,然后以算法漂移误差最小对新算法进行优化.采用规则进动、典型的圆锥运动以及有噪声干扰的圆锥运动作为测试输入,通过与传统算法的对比,新算法计算量低、计算简单方便,算法精度高.新算法的提出为高动态环境下光纤陀螺捷联系统的姿态误差补偿提供了一个新的思路.     

三星定位／SINS伪距组合导航系统的研究

双星定位系统是中国建立起来的一种区域性全球定位系统（RDSS）。文章分析了双星定位系统存在的不足，提出了在双星定位系统上基于三颗地球同步卫星的三星定位导航系统，接收机可以根据测得的三个伪距以及高度表信息解算用户装置。进一步研究了三星定位系统与SINS进行伪距方式组合的导航系统，仿真结果表明了该组合导航系统可有效地提高定位精度，是一种非常适合于中国国情的惯性/卫星组合导航系统。     

H∞滤波在惯导系统地面快速对准中的应用

阐述了H_∞滤波器的设计过程,并将H_∞滤波方法应用于惯导系统地面初始对准.文中建立了惯导系统的误差模型,并对其进行了可观性分析,利用H_∞滤波方法对可观子系统进行了滤波计算,给出了在噪声统计特性未知方差有界情况下惯导系统初始对准的仿真曲线,仿真结果表明该方法克服了卡尔曼滤波对噪声的苛刻要求,滤波效果能够满足工程需要,进一步说明H_∞滤波应用于惯导系统初始对准是有效的.为提高对准速度,文中给出了方位误差角的一种快速估计方法,结果表明该方法是可行的.     

绳系卫星释放及工作态动力学分析

考虑强系卫星系统强索质量的影响，导出三维空间动力学方程，运用Pontryagin极小值理论求出释放过程中张力优化控制规律；得到最佳释放速度变化曲线，对子星工作阶段进行动力学分析。讨论系统质心沿椭圆轨道运动与姿态运动的耦合，文中附有算例。     

用于空间光学仪器的镜子的轻量化研究

对用于空间光学仪器的镜子实施轻量化工艺的必要性作了阐述,并对轻量化镜子的材料及结构的选择作了讨论。用有限元计算法对轻量化镜子在外力作用下的变形情况进行了计算分析。最后,文中还具体介绍了镜子实施轻量化技术后的结果。     

飞行员导航专家系统

论述一个飞行员导航专家系统方案。此系统包括二次通道：飞行员助理（ＰＡ）通道和飞行员助理学习（ＰＡＬ）通道。ＰＡ通道完成导航计算、形势判断和决策，通道还将显示出当前形势及给飞行员提出的建议。ＰＡＬ通道完成知识库（ＫＢ）的更新，包括：对飞行员完成的操作作出评价、综合归纳知识和规则以及知识库的修正更新。对系统所涉及的一些原则方法和算法进行了研究。     

双星/GIS组合定位建模与仿真

双星定位系统具有快速高精度定位和简短报文通信的功能．为了进一步提高定位精度，满足特殊用户需要，文中提出了由双星和道路地理信息系统组合定位的新方法，并做了计算机仿真试验，进行了组合定位精度分析．分析结果表明，该方法可明显提高双星定位精度，在适当条件下组合定位均方差小于10m。     

面向导航增强的低轨星座设计与应用

随着传统产业升级和新兴技术的发展,社会生产和生活对分米级、厘米级的实时精准定位需求日益凸显。低轨卫星轨道高度低、信号强度大、短时间内几何构型变化快,因此应用低轨卫星开展导航增强服务成为研究热点。低轨卫星的增强服务性能依赖于星座的快速组网和设计,低轨卫星星座构型、轨道高度、轨道倾角等是影响其覆盖性能和增强性能的关键因素。全面分析了低轨星座设计的关键要素,包括轨道高度、轨道倾角和单星覆盖性、地面人口密度、空间环境等,在此基础上设计了单构型和复合构型低轨导航增强星座,并进一步分析低轨星座的覆盖性能。结果显示:复合低轨导航增强星座可以实现对全球的连续覆盖,同时满足极地高密度覆盖和低纬度的连续覆盖需求,对北斗导航系统的增强效果明显。     

一种深空探测器自主天文导航新方法及其可观测性分析

天文导航是一种适用于深空探测器的完全自主的导航方法,与传统的直接利用天体观测信息进行滤波的方法不同,针对深空探测器,提出了一种首先利用天文观测信息通过几何解算得到一个初步的定位结果,再结合轨道动力学方程利用多模自适应(MM)滤波方法对初步结果进行再处理的自主天文导航新方法,仿真计算的结果表明,该方法可以明显提高导航定位精度,同时从可观测性和可观测度的角度,分析了应用该方法提高导航定位精度的原因和机理。