考虑信标运动的水下联合定位算法

为融合全球导航卫星系统/声学测量与海底信标之间声学测量优势,同时考虑导航信标因海底洋流等因素而引起的运动,本文提出考虑信标运动的水下联合定位算法,并采用3000 m水深海域的实测数据进行试验计算。试验结果表明:联合定位估计的声速模型与声速测量值之间的差异小于0.15 m/s;与全球导航卫星系统/声学定位相比较,联合定位获得的海底导航信标运动轨迹具有更高的精度,全球导航卫星系统/声学定位及联合定位的基线残差统计值分别为-0.302±0.740 m、0.007±0.169 m;试验区海底导航信标水平运动幅度可达3 m,周期性运动模型可以较好地描述试验区海底导航信标的运动轨迹。

水下通信导航试验系统框架设计

针对综合定位导航授时体系建设需求,本文提出了水下通信导航试验系统框架设计。介绍了水下通信导航试验系统体系架构,主要包括观测系统、运控系统以及用户系统,以及三者之间的关系;探讨了水下通信导航运控系统的总体设计及其核心——信息处理系统的组成;面向未来水下定位导航授时发展需求,以构建“协同、可靠、安全、稳健、优化”的运控系统为目标,给出了运控系统发展中需要攻克的空天地海一体化通信技术、基于云平台的大规模数据处理技术、基于人工智能的复杂系统任务调度技术、基于区块链的数据安全共享技术以及弹性化服务等关键技术。

SLR资料精密测定GLONASS卫星轨道

将SLR资料计算的轨道与CODE轨道进行了比较 ,并将比较结果转换到RTN坐标系中。通过比较分析发现 ,两种轨道差值在轨道径向、法向和沿轨方向的精度分别优于 1 0cm、5 0cm和 45cm ;SLR和微波资料确定的GLONASS卫星轨道在径向存在系统误差 。

利用SLR检核CHAMP卫星轨道

初步研究了利用SLR检核CHAMP卫星轨道的方法。采用 2 0 0 2年 1月 1日到 16日的SLR观测数据对GFZ提供的事后科学轨道进行了检核实验 ,实验结果表明 ,GFZ事后科学轨道没有明显的系统偏差 ,其精度优于 10cm。

利用SLR和伪距资料确定导航卫星钟差

提出了综合利用SLR和GPS伪距资料测定导航卫星钟差的方法,采用2002年10月的SLR和伪距实测数据计算了GPS35卫星的钟差,并对GPS35卫星的钟差进行了预报,为了验证计算结果的精度,将本文计算的卫星钟差与IGS精密钟差进行了比较。通过比较分析发现:综合利用SLR和伪距资料测定的导航卫星钟差精度优于3ns,测定的导航卫星钟差与实际卫星钟差不存在系统差;导航卫星钟差的预报精度与计算卫星钟速的时间跨度有关;可以分离卫星坐标和卫星钟差之间的相互影响,便于对卫星钟差的研究。

利用SLR与伪距资料综合定轨

以GPS伪距为观测量对GPS35卫星进行定轨 ,然后将SLR与GPS伪距资料综合起来进行定轨 。

用SLR数据导出的地心运动结果

在利用卫星激光测距(SatelliteLaserRanging,简称SLR)资料研究地心运动时,将抗差估计和方差分量估计引入到数据处理中,根据1996年1月至2000年12月的Lageos2观测数据,分别采用直接法和动力法,计算出了2组相对于ITRF2000参考框架原点的地心运动序列。对计算结果进行了分析,得出了地心运动的平均值、变化速率及其周年项、半年项的振幅和相位,并与其他采用SLR资料计算的结果进行了比较。通过比较和分析,发现地心运动存在着近周年和近半年的周期分量,但地心运动的长期变化并不明显。

基于自适应滤波的编队卫星实时相对定轨

提出基于自适应滤波的编队卫星实时相对定轨算法,利用2005-12-09—10两颗GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星的GPS(Global Positioning System)实测数据进行实时相对定轨试验计算,采用JPL(Jet Propulsion Laboratory)轨道对试验结果外部检核,结果表明:1自适应滤波相对定轨通过自适应因子,可以较好地平衡编队卫星的观测信息和相对动力学信息,其相对定轨结果精度优于Kalman滤波相对定轨结果;2自适应滤波相对定轨结果随着星间基线缩短而精度提高;3两颗GRACE卫星采用单频伪距和广播星历进行自适应滤波相对定轨,可以得到精度优于6cm的星间基线.

抗差方差分量估计在卫星定轨中的应用

针对卫星精密定轨过程中观测资料存在粗差以及观测资料的合理定权问题 ,将抗差方差分量估计引入到卫星精密定轨中。采用Lageos 2卫星 1996年 1月至 2 0 0 0年 12月的全球SLR实测数据进行了卫星精密定轨计算 ,结果表明 ,抗差方差分量估计既可以有效地减弱观测资料中粗差的影响 ,又可以较好地解决观测资料的合理加权问题 ,从而可以提高卫星的定轨精度。

自适应滤波在LEO星载GPS实时定轨中的应用

针对低轨卫星LEO星载GPS实时定轨中存在的问题，提出了以单点定位结果为观测值，采用自适应卡尔曼滤波（AKF）方法进行动力平滑来实现LEO星载GPS实时动力法定轨。采用2004—03—29～31日的GRACE-A卫星实测数据进行了实时定轨计算，并分析了自适应因子、噪声补偿方差、GPS信号中断对自适应定轨的影响。通过计算分析发现，采用AKF进行LEO星载GPS实时定轨可有效解决采用EKF噪声补偿方差难以确定的难题。同时还发现，采用AKF进行LEO星载GPS实时定轨具有较强的稳定性。

抗差最小二乘法在卫星测高数据处理中的应用

在采用 1 992年 1 0月至 1 998年 1 0月的Topex/Poseidon卫星测高资料进行海平面变化研究时 ,将抗差最小二乘法引入到数据处理中 ,计算了平均海面高、海平面变化量和海平面的升降速率及其主要周期项的振幅和相位。同时给出采用经典最小二乘法计算的结果 ,并将两种结果进行了比较。最后通过对计算结果的分析 ,揭示了海平面变化的一些规律 。

星载GPS的毫米级编队卫星相对定位

在比较分析编队卫星相对定位与陆地相对定位技术的基础上,结合陆地相对定位技术和卫星精密定轨技术提出了基于GPS进行编队卫星相对定位的方法及原理。文章采用2004年4月1日到10日的GRACE卫星实测数据进行了相对定位计算,并采用KBR观测数据对本文相对定位结果和JPL单独定轨结果进行了外部检核,检核结果表明:1.与直接采用单独定轨结果相比,该方法可以明显提高卫星的相对位置精度。2.利用本文方法计算的两颗GRACE卫星相对位置精度约为4.5mm。

天绘二号卫星相对定轨初步结果

高精度星间基线测量是实现天绘二号卫星任务的前提,其星间基线信息通过星载GNSS相对定轨方式获得,除星载GNSS接收机外,天绘二号卫星之间没有高精度的测距系统,导致相对定轨精度无法采用外部数据检校。为合理评价天绘二号卫星相对定轨精度,一方面,采用KBR对GRACE卫星相对定轨进行外部检核,通过GRACE卫星相对定轨结果验证软件精度;另一方面,采用西安测绘研究所和国防科技大学两家结果互差进行直接评估。计算结果表明,CRACE卫星相对定轨得到的星间基线精度可达0.8mm,两家机构的天绘二号卫星相对定轨互差在R、T、N及3D方向的RMS分别为0.9mm、1.1mm.0.4mm和1.5mm,通过GRACE卫星的间接证明和两家机构结果的互差评估,可以初步得到天绘二号卫星相对定轨三维位置精度优于2mm的结论。

利用星载GPS双差定轨计算编队卫星星间基线

本文提出采用星载GPS双差定轨计算编队卫星星间基线的方法。利用2005年12月7日到16日的GRACE实测数据进行了编队卫星双差定轨计算，采用KBR观测数据对本文双差定轨结果和JPL非差定轨结果进行了外部检核，通过与JPL非差定轨结果比较，表明本文提出的双差定轨方法可以明显提高编队卫星的星间基线精度，在距离小于100km情况下，GRACE卫星星间基线精度优于2．0mm。

星地时间比对的原理及实现

文章介绍了几种星地时间比对的方法并对几种方法的精度进行了简要分析。为验证分析的正确性，文章首先采用2002年10月GPS35卫星的伪距和SLR实测数据计算了星地钟差，然后将本文计算的星地钟差与IGS精密星地钟差进行了比较。通过比较分析发现：①利用伪距与卫星激光测距比对计算的星地钟差精度可以达到1．5ns；测定的星地钟差与实际的星地钟差不存在系统差。②利用伪距与卫星激光测距比对可以完成导航卫星钟与地面系统标准时钟的比对；该方法有助于分离导航卫星的坐标和钟差，便于对星地钟差的研究。

抗差估计在天绘一号卫星定轨中的应用

本文首先将抗差估计引入动力平滑中，构建了卫星轨道的抗差动力平算法，然后分别采用动力平滑和抗差动力平滑对天绘一号卫星进行定轨计算，最后采用重叠弧段法进行轨道精度评定。结果表明：①天绘一号卫星轨道的重叠弧段不符值小于2米；②采用抗差估计的动力平滑轨道的内部精度优于采用最小二乘估计的动力平滑轨道精度。

BDS／GPS联合动态差分定位

本文研究了BDS／GPS联合动态差分定位方法，指出在采用广播星历时需注意BDS与GPS的椭球参数不同及星历计算方法不同，提出采用公共位置参数分别计算BDS与GPS接收机钟差以消除两个系统间的时间误差。分析了不同权比对BDS／GPS联合动态差分定位的影响，指出由于差分定位减小了导航星历等系统性误差的影响，因此权值对联合定位的结果影响较小。静态站实测数据计算结果表明：BDS／GPS联合动态定位精度优于单GPS系统的定位精度，并且随着基线长度的增加，精度提高更加明显。机载实测数据计算结果表明：BDS／GPS联合动态差分定位无论在定位有效个数还是在精度上都好于单GPS系统和单BDS系统，动态定位精度优于10厘米。

卫星激光测距的观测预报

本文介绍了卫星激光测距的观测预报方法，对卫星运动方程、方位角和高度角的计算以及约束及红束条件等问题进行了详细近探讨。该预报方法在流动型卫星激光测距仪的实际观测中得到了较好的检验。

导航卫星的单星定轨

本文对导航卫星的单星定轨进行了初步探讨，针对单星定轨时卫星钟钟差和接收机钟钟差难以处理的特点，提出了定轨的同时解算测站距离偏差和采用平均距离变化率进行定轨两种方案，采用GPS的实测数据试验计算表明，两种计算方案均能初步完成单星定轨任务。

星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究

论文研究了星载GPS低轨卫星定轨技术的基本理论和方法，研制了星载GPS低轨卫星约化动力法定轨软件，针对约化动力法和推广卡尔曼滤波存在的问题，开展了星载GPS低轨卫星自适应事后和实时定轨研究，论文最后对星载GPS编队卫星相对定位技术进行了研究。主要工作及创新点概括如下：