一种适用于高纬度船舶导航的横向地球坐标系

为了克服高纬度地区经线收敛引起的船用惯导系统无法准确定位的问题,提出将地球坐标系通过旋转构建一个横向地球坐标系,使得高纬度地区的船舶位置实际上是在一个矩形经纬网格区域内,并依据横向地球坐标系对船舶的位置和航向等信息进行计算,然后将计算的结果再变换到地球坐标系内,以此进行船舶的极区导航。理论分析证明,利用本文提出的横向地球坐标系能够对高纬度位置信息进行精确表示,能够满足高纬度地区的船舶导航的精度需求。

浅谈地球坐标系及2000国家大地坐标系

介绍了地球坐标参考系统和国际地球参考系及参考框架;阐述了2000国家大地坐标系,指出2000国家大地坐标系可按精度划分为国家级连续运行基准站、GPSA、B级网、天文大地网三个层次。

基于重构伪地球坐标系的捷联惯导初始对准算法

针对捷联惯性导航系统的方位误差对系统误差特别敏感,容易引起闭环卡尔曼滤波初始对准的发散,提出了一种基于重构伪地球坐标系惯导机械编排的初始对准算法。重构伪地球坐标系惯导编排方案在初始位置实现了线性运动误差和方位误差之间解耦,从而消除了导航坐标系旋转角速度误差对方位对准的影响。因此该算法可以减小由系统误差引起的方位对准估计振荡,从而降低了对准系统发散的可能性,进而提高对准系统的稳定性,并改善了捷联惯导初始对准的性能。另外,它不仅适用于常规纬度初始对准,也可以解决极区静态对准问题。最后,常规纬度和极区静态对准仿真证明了该算法具有优良性能。

基于伪地球坐标系的惯导系统全球导航算法

由于极区特殊的地理、电磁条件,惯性导航因其自主性和信息完备性使之成为极区导航的首选。然而在考虑全球执行能力时,现有常用的任何一种力学编排方案都不能单独的实现全球导航。通常采用组合编排的方式,这样则不利于惯导算法的全球统一。基于此提出了基于伪地球坐标系的全球导航算法。该方案在全球导航时可以实现惯导算法的内在统一,并可保证物理平台的平稳切换,从而实现平台惯导与捷联惯导系统编排方案的统一。另外,该方案也更方便同其它局部惯导系统进行交互通信,仅不同的参数转换单元是必需的。同时,简单的切换逻辑也可以减小程序设计的复杂度和降低计算机负担。最后通过仿真证明了该算法的可行性。

基于横向地球坐标系的极区惯导机械编排研究

地理经线在极区收敛于极点,这造成了以经线作为航向参考基准,位置用经纬度坐标表示的传统惯性导航系统机械编排在极区(尤其是极点附近)确定基本导航参数困难的问题。针对此问题,建立了横向地球坐标系,构建了伪经纬网,推导出横向坐标系与常规坐标系的变换及定向定位参数的转换关系。最后,提出并设计了以四元数表示舰船姿态、以横向地球直角坐标表示舰船位置、以横向地理坐标系为导航坐标系的极区惯导机械编排方案。

协议地球坐标系下的卫星运动方程

根据历元平赤道坐标系J2000下的卫星运动方程，推导得出了协议地球坐标系下的卫星运动方程，以其为依据，分析了GLONASS广播星历参数的卫星位置算法对广播星历轨道精度损失的主要原因，发现GLONASS的接口控制文件ICD2002E中的PZ-90坐标系下的卫星运动方程模型存在错误。

基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪

针对极区(特别是近极点地区)超视距目标跟踪中,地理北作为方位基准带来的目指信息偏差问题,提出采用虚拟方式对地球表面进行重新划分,使地理极点区域转变为虚拟赤道区域,提出构建横向经纬网格、横向地球坐标系以及横向地理坐标系,提出将横向地理北作为方位基准,在极区用横向方位角表示目标方位,并构建基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪模型,仿真结果表明,基于横向地球坐标系的极区超视距目标跟踪方法能够克服经线收敛带来的极区超视距目指信息偏差。

基于地球坐标系的SINS/GNSS极区组合导航算法

针对极区范围经线收敛速度加快并汇聚于极点,使航向失去参考基准,定位误差急剧增大的问题,结合极区航行过程中对导航精度的需求,提出了一种适用于极区的基于地球坐标系的SINS/GNSS组合导航方案。给出了基于地球椭球模型的横向坐标系定义以及与地球坐标系之间的转换关系;设计了地球坐标系下的SINS/GNSS组合导航算法;最后将地球坐标系下的导航结果转换到横向坐标系。仿真结果表明,基于地球坐标系的极区组合导航方案的导航误差收敛迅速,在1800s的仿真时间内,姿态精度达到0.4′,定位精度达到2m,速度精度达到0.02m/s;其中定位和航向精度略优于横向地理坐标系下的组合导航方法,且可为载体穿越极点时提供稳定的导航信息。

关于地球坐标系中机械能守恒问题

在只考虑地球自转时,地球坐标系中质点和质点组的机械能守恒定律依然成立。

基于地球坐标系的全球惯性导航与组合导航方法

包含高纬度极区的全球导航是现代民用和远程军用飞机对导航系统的重要要求。极区地理环境的特殊性导致常规的指北方位惯导算法在极区不适用。针对全球导航中极区与非极区惯导算法不统一的问题,提出了以基于地球坐标系的惯导机械编排为内核,导航参数在地理坐标系和格网坐标系输出的全球导航方法。针对长航时惯导系统存在的误差累积问题,设计了基于地球坐标系的惯性/卫星紧组合导航滤波器。仿真实验表明,基于地球坐标系的惯导算法在极区与非极区的算法性能分别与格网算法和指北算法一致,惯性/卫星紧组合导航有效提升了导航精度。

基于地球直角坐标系及弹体主惯轴的火箭刚体弹道数学模型

建立了基于地球直角坐标与弹体质心主惯轴系的火箭 6自由度刚体弹道模型 ,是在精确原理上构造了一个最简单而合理的刚体弹道模型 ,大幅度提高了精确弹道计算的速度 ,为超实时快速通用弹道计算的有力工具。

板块运动修正对站坐标系列比较的影响

本文利用七参数转换公式对美国Texas大学Austin空间中心、美国Goddard航天中心及上海天文台获得的全球SLR参考坐标系之间作了比较,得到结果如下:在考虑了板块运动的影响之后,两两坐标之间的差异大大缩小,其中主要的SLR站的偏差小于5cm。

谈地球自转轴运动和地球空间坐标定位

介绍了天球的基本概念,对比分析了岁差、章动和极移等地球自转轴的运动,着重对几种坐标系相互之间的关系进行了探讨,以实现任意坐标系任意时刻之间的转换,为空间定位奠定了基础。

导航卫星自主定轨中地球定向参数误差的修正

研究导航卫星自主定轨中地球定向参数误差的修正方法,建立了由于地球定向参数误差所引起的卫星坐标误差的改正公式,提出了两种地球定向参数误差的地面修正方法。试算结果表明:该方法具有很好的精度,足以满足广播星历的要求。

上海VLBI,SLR和GPS站站坐标的精密测定和精度估计

本文对作为全球地球参考系基准站的上海VLBI，SLR和GPS站的站坐标进行了仔细的分析研究，并重新精密测定了SLR，GPS站的站坐标，给出了较可靠的精度估计。澄清了IERS的综合解所给出的上海SLR站站坐标存在的问题。

捷联惯导基于地球系的动基座间接精对准算法

为了将惯性凝固思想延伸到行进间精对准中并提升计算效率,提出了基于地球系的间接精对准算法。描述了地球系下的捷联惯导/里程计系统模型和相应的Ψ角误差模型。考虑安装偏差角、杆臂等因素,建立了相应的卡尔曼滤波方程。六组行车轨迹的行进间对准结果表明,相对于地理系精对准算法,地球系间接算法整体对准性能更加优越,系统的稳定性和快速性得到提高,在对准第600 s方位失准角可以稳定在1 mil(1σ)的误差限内。另外,地球系滤波算法具有更好的初始化参数适应性,有利于工程实现。

顾及地球引力摄动的卫星和卫星星下点位置计算

本文叙述了顾及地球引力摄动的卫星化置计算方法；利用天球坐标系与地球坐标系之间的坐标变换关系，给出了由卫星位置计算卫星星下点位置的严密计算公式。

地球自转参数服务及应用

近十多年来,天体测量新技术的发展开辟了监测和研究地球自转运动的新途径。新技术可以以厘米级的精度精确测定地球的整体运动(自转和极移等)和局部运动(板块运动和区域性地壳形变等),这使得对地球动态变化的测量研究和有关应用起了根本性的变化,并最终导致经典光学技术向新技术的转移。从1988年起,由国际天文联合会(IAU)和国际大地测量及地球物理联合会(IUGG)建立的国际地球自转服务组织(IERS)取代了国际时间局(BIH)的地球自转部分和国际极移服务(IPMS)。IERS 采用了甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、激光测月(LLR)等新技术的高精度观测结果,对一系列的天文测量常数、大地测量常数、地球物理参数、地球模型、天球和地球坐标系都提出了新的概念和数值,为天文学、地球科学和空间科学的发展提供了良好的应用基础,并给以巨大的推动。