Aiming at a 1-cm Orbit for Low Earth Orbiters: Reduced-Dynamic and Kinematic Precise Orbit Determination

The computation of high-accuracy orbits is a prerequisite for the success of Low Earth Orbiter (LEO) missions such as CHAMP, GRACE and GOCE. The mission objectives of these satellites cannot be reached without computing orbits with an accuracy at the few cm level. Such a level of accuracy might be achieved with the techniques of reduced-dynamic and kinematic precise orbit determination (POD) assuming continuous Satellite-to-Satellite Tracking (SST) by the Global Positioning System (GPS). Both techniques have reached a high level of maturity and have been successfully applied to missions in the past, for example to TOPEX/POSEIDON (T/P), leading to (sub-)decimeter orbit accuracy. New LEO gravity missions are (to be) equipped with advanced GPS receivers promising to provide very high quality SST observations thereby opening the possibility for computing cm-level accuracy orbits. The computation of orbits at this accuracy level does not only require high-quality GPS receivers, but also advanced and demanding observation preprocessing and correction algorithms. Moreover, sophisticated parameter estimation schemes need to be adapted and extended to allow the computation of such orbits. Finally, reliable methods need to be employed for assessing the orbit quality and providing feedback to the different processing steps in the orbit computation process. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

利用高速采集系统实现角速度波动的测量

利用自行研制的高速采集系统,通过测量和数据处理软件来实现角速度波动信号的采集和处理,利用定时测角原理实现瞬时角速度的测量,并通过实验验证了该方法的可行性.     

利用虚拟仪器实现角速度波动率的采集和处理

利用NI 的PXI-6281高速数据采集卡来完成角速度波动信号的采集,借鉴信号失真度的概念,分析角速度反馈信号的基波和高次谐波大小,求取高次谐波与基波幅值比,作为角速度波动率.     

PN码相位精确测量的累加最小二乘法

利用最小二乘（LS）法可以实现PN码相位的精确测量,但该方法对粗同步要求高,难以满足实际工程需求。给出了一种新的累加LS法的实现结构,在该结构下根据鉴相曲线的波形变化特征,利用累加后的离散鉴相曲线的最大值和最小值点作为特征基准点,取最值之间的数据进行LS线性拟合,实现粗同步于半个码元宽度以内的伪码相位精确测量。理论分析表明,该方法的鉴相特性呈线性特征,可以有效使用累加LS线性拟合方法。仿真结果表明,该方法相比于其他方法使用范围更广,测量精度更高。      

基于PCI总线的LXI B类接口模块设计

介绍了在LXI C类接口模块的基础上,设计的基于PCI总线的LXI B类接口模块。重点解决了基于IEEE1588协议的LXI精密时钟同步技术。在模块设计中采用了FPGA对时间信息加盖时戳和直接获取网络数据包的方法,以提高系统的定时精度。该模块可以与传统仪器组合,构成低成本、高性能的LXI仪器。     

低轨道卫星GPS精密定轨动力学方法的研究

结合低轨卫星简化动力学定轨算法,以及不同几何信息精度条件下的纯几何定轨和动力定轨精度比较,定量分析星载双频GPS实现精密定轨过程中的主要因素,得到星载GPS接收机性能设计所需的关键技术指标,为卫星精密定轨系统的顶层设计提供了科学合理的参考依据。     

智能手机广域精密定位研究

智能手机作为位置服务的重要载体，由于其天线结构等因素，导致利用手机原始观测值进行定位不能满足高精度定位的需求。针对这一问题，提出了利用广域增强技术，提高手机单频原始观测值实时定位精度的方法。首先，针对手机观测值周跳较为严重的问题，对单频载波相位观测值进行了周跳探测。然后，利用手机观测值获取的伪距、载波相位以及IGS站播发的轨道和钟差改正实现增强定位。实验结果表明，定位精度收敛到1m约需要20min，收敛后水平方向和垂直方向精度分别提高了66.7%和28.9%，平面精度达到1.5m。     

基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法

由于强非线性、强耦合和强时变等特征,柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战。轻质小型化机器人受空间及重量限制,其关节柔性通常不可忽略,这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的。传统的运动学控制在空载时能保持稳定,但是对大负载、快速运动时的适应性差,严重时机械臂抖动剧烈甚至发散。针对以上特征,提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法。仿真实验证明,该方法可以有效地抑制柔性激振,保证响应的快速性和准确性,同时有较好的鲁棒性,能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求,对工程应用具有一定的参考意义。     

高精度GPS定位的精密电离层模型

在长距离GPS实时动态定位(RTK)过程中,电离层延迟误差是影响定位精度的主要误差源.目前,由于采用全空间电离层模型精度不够,对长距离RTK定位主要采用双差电离层残差内插方式.本文提出一种新的电离层模型.该模型仅对每个卫星轨迹通过的电离层部分进行建模,可适用于高精度GPS定位.采用香港数据,结果表明,该模型可较好地模拟低纬度电离层变化,并可支持GPS厘米级定位精度.     

基于相位单差精密测速的动态精密单点定位算法

利用相邻历元间的载波相位单差可求得动态载体的高精度三维速度向量,基于此提出了可精确描述载体运动变化的扩展卡尔曼滤波动态精密单点定位算法。该算法克服了高动态条件下采用简化动力学模型可能引起的系统状态描述失实问题,同时还可输出动态载体的精密速度信息。飞机动态试验结果表明,用该算法的动态单点定位结果与TRACK双差解计算互差得到的三维RMS值,平面分量精度优于3cm,高程分量精度优于6cm,速度测量精度可达mm/s级。