倾斜同步轨道卫星交叉点位置演化及保持

倾斜同步轨道(IGSO)卫星交叉点位置在各种轨道摄动因素和入轨偏差的共同影响下,其交叉点位置会在赤道上发生漂移,这种漂移将导致服务区域的漂移,从而影响系统的性能,因此IGSO卫星需要进行定期的交叉点位置保持来保证服务的稳定。对IGSO卫星交叉点位置的演化和保持问题进行了深入的研究,首先,讨论了IGSO卫星交叉点位置的演化规律,给出了在地球非球形引力、日月引力摄动以及卫星入轨偏差作用下的交叉点位置的演化公式,并分析了公式的精度;接着,在对交叉点位置演化规律的分析基础上,进一步讨论了IGSO卫星交叉点位置保持策略。

基于倾斜地球同步轨道卫星的位置报告系统设计

针对目前位置报告系统存在覆盖范围有限以及"城市峡谷"和"南山效应"等不足,提出了基于"北斗二号"倾斜地球同步轨道卫星的位置报告系统。通过广义卫星无线电测定业务,充分利用现有各卫星导航系统的卫星资源,来构建位置报告系统。仿真分析结果表明,与传统位置报告系统相比,该系统拓展了覆盖范围、改善了星座构型、提高了安全保密性能并克服了高仰角情况下的"城市峡谷"和"南山效应",能够较好地满足当前军民用户对位置报告的迫切需求。

倾斜轨道同步卫星通信系统及其应用探讨

本文介绍可在赤道平面以外的空间利用C频段频谱资源的倾斜轨道同步卫星通信系统 ,并对具体的星座结构、工作频段、干扰协调和系统方案等作了初步探讨。

倾斜地球同步轨道卫星对北斗三频单历元基线解算的影响分析

针对倾斜地球同步轨道(IGSO)是特殊的地球同步圆轨道,轨道稳定性较好,可以覆盖高纬度地区的特点,研究了北斗三频单历元基线解算中IGSO卫星对其精度的影响。采用内蒙古地区和安徽地区的两条短基线,在GEO和MEO卫星的基础上,按可见性增加一颗IGSO卫星参与解算。实验结果表明:增加1~3颗可见性较好的IGSO卫星时,模糊度解算成功率最高,且定位精度最佳;增加4~5颗IGSO卫星时,模糊度解算成功率和定位精度相对于1~3颗均有所下降。

高轨卫星轨道预报中神经网络模型优化设计

高轨卫星是我国卫星导航系统的重要组成部分。提升该类卫星的轨道预报精度有利于用户定位精度的提高。提出了一种改进高轨卫星轨道预报精度的新方法。该方法避开了精化动力学模型的困难,尝试从轨道预报误差的规律中寻找突破。利用神经网络作为建立预报模型的工具,将某历史时刻的轨道预报误差作为训练样本,利用训练好的神经网络模型补偿当前时刻的预报轨道以提高轨道预报精度。对影响神经网络模型补偿效果的各因素进行了详细分析,制定了适应于高轨卫星短期、中期和长期预报的神经网络最优模型。利用实测数据进行了试验分析,结果表明：预报8,15及30 d应选择的训练步长分别为10,20及25 min;轨道预报8-30 d时,训练噪声均选取0.01。神经网络模型有效地改进了高轨卫星的轨道预报精度,预报4-30 d,轨道精度提高幅度为34.67%-82.37%不等。

一种IGSO卫星轨道维持时的偏航角调整策略

针对倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道维持问题,提出了在轨卫星在各种不同工况及约束下的偏航角调整策略。其目的在于减小偏航角的调整范围以及缩短偏航角调整时间,减小轨道维持过程对卫星业务连续性的影响。分析了偏航角的运动规律,以及升交点赤经对偏航角的影响。在此基础上,根据轨道维持时升交点赤经的不同、太阳高度角范围、轨道控制的时间约束、交叉点位置约束等不同情况,分别给出了卫星轨道维持时偏航角的调整方法及推力器选择方案。对于交叉点位置在中国境内的卫星,可以使偏航角调整范围不超过45°。此方法可应用于在轨卫星轨道维持管理的实践中。

BDS在低轨卫星编队高精度相对轨道确定上的应用分析

分析基于北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation System,BDS)的低轨卫星编队相对轨道确定问题,但由于缺乏实测数据,通过仿真实验展开研究。结果表明,500 km空域平均可视BDS卫星数约为9.7,由于地球静止轨道(GeoStationary earth Orbit,GEO)卫星和倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous earth Orbit,IGSO)卫星的存在,亚太地区的可视BDS卫星数明显偏多。仅考虑观测噪声的影响时,基于BDS的相对定轨精度可达0.74 mm,加入星历误差的影响,对近距离编队系统的相对定轨而言,GEO卫星数米的星历误差可以忽略,但当星间距离增大到约200 km时,GEO卫星单差后的星历误差可达厘米量级,GEO+IGSO+中圆地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星和IGSO+MEO卫星求解的相对轨道精度分别为1.09 mm和0.96 mm,GEO卫星的加入使得精度下降了13.54%。在其余误差得到有效处理后,BDS的相对定轨精度可达亚毫米量级,且无明显区域差异,GEO卫星和IGSO卫星能提高近距离编队系统的全球相对定轨精度,未来BDS将广泛应用于低轨卫星编队相对轨道确定。

微波辐射计在卫星发射信号遥感探测中的应用

2022年10月,在西安利用地基微波辐射计进行常规大气观测实验期间,发现一个频率约为25 GHz的卫星发射信号,对微波辐射计常规观测产生了明显干扰。针对该观测事实,文章首次对微波辐射计被动遥感观测卫星发射电磁波信号的可行性进行了理论分析和针对性观测实验,结果发现该卫星发射信号主要在24.4~25.6 GHz范围内,中心频率约为25 GHz,同轨道共有3颗卫星,飞行间隔约8 h,在25 GHz附近卫星发射电磁波到达微波辐射计天线口面辐射亮温超过400 K;该组卫星轨道周期为24 h,属于倾斜同步轨道卫星。进一步利用微波辐射计观测的亮温,深入分析计算得到卫星的等效辐射功率约为66.9 dBW。本次实验观测为地基微波辐射计未来避免卫星的干扰和进一步改进设计与应用积累了经验,同时也可以看出地基微波辐射计在卫星跟踪监测中有一定的应用价值。

关于倾斜地球同步轨道卫星运动的探究

在科技飞速发展之下,我国航空航天领域捷报频传,航天知识渗透到了高中物理课堂和高考中;针对目前教材对卫星及航天器运行轨道的定义和解释不多,而导致师生对相关认识不够清晰、概念理解混乱的问题;结合高考和习题中的"同步卫星"和"倾斜同步卫星"问题,通过两种不同坐标系来探究理想情况下地球同步轨道卫星运动的规律,以期对此类问题进行深入解析。

中高轨卫星广播星历精度分析

GPS广播星历参数具有物理意义明确、参数少、精度高等优点,可以考虑将它应用于其他卫星导航系统。但是GPS系统的卫星构成比较单一,而其他卫星导航系统可能包含中地球轨道 (MEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和地球静止轨道(GEO)等多种不同类型的中高轨卫星。分析了采用GPS广播星历参数时,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,特别讨论了轨道倾角接近于0的GEO卫星的广播星历拟合精度,并给出了相应的改进措施。计算表明,对于 MEO卫星,2 h的广播星历拟合精度(三维位置)可达厘米级;对于IGSO卫星和轨道倾角较大的GEO卫星,4 h的广播星历拟合精度约为0．1 m,径向位置误差在厘米量级;而对于轨道倾角接近于0的GEO卫星,若不采取特殊措施,由于轨道倾角和升交点经度统计相关,其广播星历拟合精度很差,为此提出了一种坐标转换方法。采用此方法后的广播星历拟合精度可达0．1 m,径向位置误差为厘米量级。

一种北斗卫星精密定轨方法

利用BDS/GPS双模观测数据,研究了高精度北斗卫星精密定轨的实现方法,使用PANDA软件,结合"北斗卫星观测实验网"的实测数据,进行了精密定轨实验,结果表明:北斗卫星径向定轨精度能够达到优于10 cm的水平;其中,GEO三维定轨精度能够优于5 m,但沿迹方向存在系统偏差,IGSO/MEO三维定轨精度优于0.5 m。

精密进近阶段的多系统GNSS组合RAIM可用性算法及分析

给出了多系统全球卫星导航系统(GNSS)组合接收机自主完好性监测(Receiver Autonomous Integrity Monitoring,RAIM)可用性计算方法,在此基础上利用GPS、GLONASS实测数据与BDS、Galileo全星座仿真数据,分析了BDS、GPS、GLONASS和Galileo不同组合在精密进近阶段的RAIM可用性。通过试验分析发现,BDS的5颗地球同步轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星对亚洲、非洲和欧洲大部分地区的RAIM可用性有很大的贡献。这些地区站星间几何观测结构得到改善,使得RAIM可用性相对于其他地区有很大幅度的提升。在亚太地区APV-I阶段单系统导航情况下,北斗导航系统RAIM可用性达到99.5%,高于其他三个导航系统。在精密进近阶段(APV-I、APV-II和CAT-I),BDS与其他导航系统(GPS、GLONASS和Galileo)的组合导航可以满足全球大部分区域的RAIM可用性需求,大多可达到100%。

利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法

针对隧道内缺失卫星导航信号以致人员车辆无法定位的问题,提出了一种利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法;模拟源伪卫星产生并播发虚拟轨道伪卫星信号,通过泄漏电缆向隧道内发送,接收采用虚拟中继定位算法,以减小卫星和泄漏电缆不在一条直线上的折线误差;解决了椭圆倾斜同步轨道的虚拟轨道伪卫星参数设计,导航电文产生,卫星到泄漏电缆激励点的信号模拟问题;引入了隧道与隧道口和卫星连线的空间夹角参数,构建了虚拟中继伪距观察方程,实现了虚拟中继定位算法;通过卫星导航接收机接收输出伪距和星历数据,进行二次定位解算,证明能达到亚米级定位精度。

采用简单太阳翼指向控制的IGSO星座设计

在对以地球静止轨道(GEO)卫星为基础的全球覆盖通信星座的设计中,提出一种特殊的倾斜地球同步轨道(IGSO)星座,该星座中的卫星可采用与GEO卫星相同的太阳翼对日指向策略,避免了IGSO卫星为实现太阳翼对日指向采用偏航控制而引起的卫星设计复杂性和研制成本的增加。采用网格法对该星座的覆盖特性进行分析计算,结果表明这种IGSO星座可应用于单重覆盖或极区覆盖的任务,而3颗IGSO与3颗GEO卫星共同使用时可实现95%以上的全球通信覆盖率。

双层卫星网络的结构设计与性能分析

为解决目前双层卫星网络存在的覆盖盲区、覆盖率低、层间建链时间短、骨干卫星低仰角等问题,提出IGSO/LEO双层卫星网络,对单星和卫星网络的覆盖性能、ISL性能、仰角性能进行仿真分析。研究结果表明,IGSO卫星在高纬地区的平均通信仰角为GEO卫星的4倍,在两极能够保证33°以上的平均通信仰角,单星覆盖率比GEO高0.25%;最长链路时长为GEO/LEO卫星网络的3.66倍,覆盖率为100%,有效解决了传统卫星网络覆盖率低、层间建链时间短、骨干卫星低仰角的问题。

BDS精密定轨关键技术研究

2012年12月27日,中国北斗二代卫星导航系统(BDS)正式为亚太区域用户提供定位导航授时(PNT)以及短报文通信服务,预计到2020年BDS将实现全球组网并提供全球PNT服务。导航卫星的轨道产品是保障导航系统可用性的核心要素之一,卫星轨道精度将直接影响用户的导航定位性能,因此,如何获取高精度的导航卫星轨道是BDS目前关注的重点研究问题。我国BDS由三类卫星组成,包括地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星以及中圆地球轨道(MEO)卫星,独特的星座构成使其在亚太区域PNT服务中更具优势,但这种星座异质性给精密定轨工作带来新的挑战。

“北斗”卫星导航系统空间信号接口控制文件解读

“北斗”卫星导航系统采取“三步走”的发展步骤：第一步，“北斗”卫星导航试验系统；第二步，“北斗”卫星导航系统区域服务；第三步，2020年左右全面建成“北斗”卫星导航系统，形成全球服务能力。目前，“北斗”区域卫星导航系统星座拥有14颗卫星在轨运行，包括5颗地球静止轨道（GEO）卫星、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4颗中圆地球轨道（MEO）卫星，

岸基北斗IGSO卫星反射信号相位测高

针对全球导航卫星系统反射信号的特性和我国北斗导航卫星系统反射信号在海面测高应用上的特点,证明了利用北斗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星反射信号对湖面和海平面进行岸基载波相位测高的可行性。实验分湖面和海面2组进行研究,用相位测高结果与实际测量结果对比的均方根误差(RMSE)描述测高结果的精度。在湖面岸基实验中,接收天线到湖面的相对高度为5.2 m,IGSO7和IGSO10卫星相位测高结果的RMSE值达到厘米级,分别为3.23 cm和4.98 cm。在海面岸基实验中,海面的潮位高度差约2 m,利用相位测高结果可以反演海面潮位。IGSO8卫星相位测高结果的RMSE为17.96 cm,IGSO9卫星相位测高结果的RMSE为15.27 cm,IGSO10卫星相位测高结果的RMSE为16.38 cm。通过分析IGSO卫星仰角的变化,发现较大的卫星仰角变化率可以提高相位测高的结果的精度。

精彩纷呈的中国人造卫星

航天器是开发太空资源的利器,目前主要有3类,即人造地球卫星、载人航天器和空间探测器。它们各有所长,不能相互替代。从1970年4月24日我国第1颗人造地球卫星东方红一号升空到现在,我国现已能够独自研制、发射和应用这3类航天器。在这3种航天器中,人造地球卫星的数量和种类最多,用途最广。按用途分,它又可分为试验卫星、科学卫星和应用卫星3种。至今,我国一直在研制、发射和应用这3种人造地球卫星,创造了很大的社会效益、经济效益和科技成就。