FCM测站定权的LAGEOS-2卫星精密定轨影响分析

由于卫星激光测距(satellite laser ranging, SLR)台站的测距精度和稳定性存在差异,精密定轨中需要对不同性能的台站赋予不同权重。本文将模糊C均值(fuzzy C-means, FCM)聚类定权应用于LAGEOS-2精密定轨,并比较原始测站定权和FCM定权对轨道精度的影响。结果表明:1)相较于原始测站定权,FCM定权更能反映各SLR台站的性能,提高定轨精度和观测值数量;2)对于ILRS四个质量分析机构,原始测站定权下JCET发布的质量报告在定轨精度上略优于其他中心,采用FCM定权后,以4个机构发布的质量报告进行定轨的结果在同一水平,轨道精度为4.83~4.86 cm。

北斗三号卫星GNSS/SLR数据联合精密定轨

为了进一步提升北斗卫星定轨技术的精度,研究引入不同类型的观测数据联合全球导航卫星系统(GNSS)观测数据对提升北斗卫星轨道产品的精确度的影响:在GNSS观测数据的基础上引入卫星激光测距(SLR)的观测数据对北斗三号卫星进行联合轨道确定,并采用激光检核轨道残差和将解算结果与武汉大学(WHU)提供的精密星历产品进行轨道互差2种方法,讨论引入激光测距观测值对提升北斗三号卫星轨道精度的作用。实验结果表明,引入SLR观测数据之后,北斗三号系列卫星中的中圆地球轨道(MEO)卫星的轨道精度有所提升。

顾及随机脉冲参数约束的BDS卫星精密定轨

为了进一步完善北斗卫星导航系统(BDS)的动力学模型,提高其定轨精度,提出一种动力学模型的补偿方法来实现对BDS的精密定轨:在原有力学模型的基础上,每隔12h在BDS卫星轨道的径向、切向和法向附加一组随机脉冲参数,使其与确定性参数一起进行参数估计;并分别给出随机脉冲参数对非地影期和地影期BDS轨道精度的影响;最后将定轨结果与武汉大学分析中心提供的事后定轨结果进行分析与比较。实验结果表明,加入随机脉冲参数后,非地影期的北斗卫星导航(区域)系统(BDS-2)地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星以及北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)MEO卫星的轨道精度可分别提升5.1%、14.9%、14.8%、16.4%,对于进入地影期的BDS-2 MEO和BDS-3 MEO卫星,轨道精度可分别提升18.9%、27.3%,说明随机脉冲参数的引入可以在一定程度上弥补力学模型缺陷,进而提高BDS卫星的轨道精度,尤其是BDS-3卫星轨道精度提升更为显著,同时通过对外推轨道精度的分析进一步验证了提出方法的可行性以及定轨精度的准确性。

用SLR资料精密确定GPS35卫星轨道

GPS35卫星是全球定位系统卫星星座中的一颗卫星,它的对地一侧安装了激光后向反射器,可实施激光测距观测。用全球SLR资料精密确定了GPS35卫星1995年10月22日～26日和1999年8月1日～6日共2个5天的轨道,求得观测值与计算值的RMS小于3cm。

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 。

LAGEOS卫星精密定轨及残差分析

介绍LAGEOS卫星用卫星激光测距(SLR)资料精密定轨和在精密定轨基础上的残差分析处理。SLR资料的分析处理方法、采用的力学模型和解参数的多少根据目标的不同而不同。对不同的方案进行了详细分析、比较。其关键是对LAGEOS卫星进行精密定轨。得出了目前上海天文台在SLR资料的分析处理中已采用的解算模式。作为例证,该解算模式分析处理了1998年12月31日至1999年6月29日LAGEOS卫星的SLR资料,得到每3天一个弧段的精密轨道。结果显示每3天一个弧段的定轨残差rms都小于2厘米。上海天文台从1999年10月1日开始了全球LAGEOS-1和LAGEOS-2资料的快速分析服务,结果可从APSG的网址:http://center.shao.ac.cn/APSG/result获得。

方差分量估计方法在ERS-2卫星精密定轨中的应用

将方差分量估计 (VCE)方法应用于ERS 2卫星的精密定轨 ,用SLR和PRARE资料计算了 1 998年前 3个月的 2 3个长度为 5天的弧段 (除了调整轨道的时段外 ,相邻弧段有两天的重叠 ) ,从观测值残差分析和重叠弧段比较两个方面 ,考察VCE方法对定轨计算的影响 ,并给出了各组观测值的平均验后均方差 .对观测值残差的分析表明 ,使用VCE方法明显地改善了观测值的拟合程度 .但从阿卑 (Abbey)标准对观测值残差的检验结果来看 ,使用VCE方法不能消除轨道中由力学模型和几何模型误差引入的系统差 .重叠弧段比较的结果表明 :(1 )使用VCE方法缩小了重叠弧段的平均距离差 ,并改善了一部分弧段明显不合理的偏离 ,使最后得到的轨道具有更均匀的精度 ;(2 )相比较而言 ,VCE方法使相邻弧段靠拢的趋势在轨道切向体现得较为明显 .由各组观测值的平均验后均方差可见 :就单个标准点观测值而言 ,部分SLR台站的观测资料在定轨计算中占有比其他观测资料更重要的地位 .纵观全文 。

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征,并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道,利用轨道积分和轨道拟合的方法,研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以及虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。

基于SLR的北斗卫星精密轨道确定

卫星轨道的精密确定是利用GNSS进行高精度导航和定位的前提。我国北斗二代卫星导航系统正处于建设阶段,在精密定轨方面还存在着尚未完全组网、观测数据较少、跟踪站局限于国内等不足。北斗卫星在对地一侧都安装了激光后向反射器,可以实施卫星激光测距。本文研究利用SLR观测数据进行北斗卫星精密定轨的算法,并通过编程进行试验。试验结果表明,利用SLR进行定轨的精度可以达到米级。

地球定向参数预报误差及其对北斗三号卫星定轨精度的影响

地球定向参数(Earth orientation parameters,EOP)是地球参考系到地心天球参考系之间转换的桥梁,是卫星精密定轨过程中不可缺少的重要参数。以国际地球自转服务(International Earth Rotation Service,IERS)和中国科学院上海天文台(Shanghai Astronomical Observatory,SHAO)提供的EOP参数为例,分析了北斗三号仅区域网观测模式和星地星间联合观测模式下的定轨精度与EOP预报误差间的关系。研究表明,对于IERS提供的产品,其预报误差对仅区域站定轨模式的定轨精度影响较小,但是其10 d内的预报误差对星地星间联合定轨模式定轨精度的影响可达到分米级。对于SHAO提供的产品,两种定轨模式的定轨精度均随着EOP预报天数的增大而逐渐衰减。除此之外,不同产品的星地星间联合定轨模式下定轨精度均小于仅区域网监测下的定轨模式下的定轨精度,表明星间链路的加入可以降低卫星定轨对EOP预报误差的依赖。该研究对区域观测条件下的卫星精密定轨工程实现具有重要意义。

区域导航卫星精密定轨研究

区域卫星导航系统采用混合星座设计,GEO(地球同步轨道)卫星是系统的重要组成部分,其精密定轨技术也是导航系统的关键技术之一。GEO卫星的高轨特性致使地面跟踪基线长度有限,定轨几何条件不佳;其静地特性致使卫星轨道与钟差存在强相关特性,对于基于伪距的GEO卫星定轨模式,需要星地与站间时间同步技术的支持。因此,如何利用区域卫星导航系统的多种测量技术实现多模式、多层次的导航卫星精密定轨,是一项值得深入研究的课题。

改进的Helmert方差分量估计方法在精密定轨中的应用

分析了 Helmert方差分量估计方法用于人造卫星精密定轨时出现负方差的原因 ,认为主要是由于观测资料信息不足而使法矩阵秩亏引起的 ,在此基础上 ,提出了利用待估参数先验信息来避免负方差的“改进的 Helmert方差分量估计方法”。试算表明 ,利用本文中的方法可以有效地消除负方差的产生。为了与现用的精密定轨软件相兼容 ,便于程序实现 ,将 Givens-Gentleman正交变换方法用于方差分量估计 ,给出了详细的计算公式。分析了先验约束的强弱对定轨计算和方差分量估计结果的影响 ,认为在一般情况下 ,先验约束应在保证定轨计算收敛并消除负方差的基础上尽可能地弱 ,以最大限度地利用实际观测值中所包含的信息。最后 ,从方差分量估计的角度讨论了先验约束对观测值自由度的影响。

滤波技术在卫星精密定轨应用中的关键问题分析

本文在分析了卡尔曼滤波技术在卫星精密卫星定轨中应用优势后,结合实际指出了该技术在实践中存在的问题,并具体给出了相应的解决方法。这些方法给卫星定轨工程实践带来一定的借鉴作用。

BDS/GPS融合精密定轨理论与精度分析

针对BDS暂未具有覆盖全球的导航定位能力、卫星跟踪站几何结构不完善等问题,利用非差无电离层组合和动力学定轨原理,在同一时空基准下实现BDS/GPS融合精密定轨,并以武汉大学分析中心提供的最终产品为参考验证轨道和钟差精度。实验结果表明:融合定轨解算的GPS轨道3维精度优于4cm,卫星钟差精度达到0.07ns;BDS卫星的轨道精度与轨道类型有关;GEO卫星的轨道精度为米级,IGSO卫星的轨道精度为分米级,MEO卫星的轨道精度相对较高,3维精度为分米级,其中R方向精度可达厘米级。

基于双频GPS观测的简化动力学最小二乘批处理精密定轨

星载双频GPS载波相位和伪距观测量已成为低轨卫星获取精确三维位置和速度信息的主要方式.本文以非差消电离载波相位和伪距组合作为观测量,应用简化动力学最小二乘批处理方法进行地球低轨卫星的精密定轨,并给出完整定轨流程.采用逐段常量的经验加速度对动力学模型误差进行补偿,描述了经验加速度敏感矩阵及稀疏带状矩阵求逆的有效计算方法.利用GRACE-A卫星GPS观测数据对定轨位置精度进行分析,结果显示,三维位置定轨精度优于5 cm,经验加速度在径向、切向和法向上的补偿水平不超过40 nm·s^(-2),大气阻力系数和辐射光压系数的估计值符合物理实际,星载接收机钟差大致呈线性并具有短周期小波动.

方差分量估计在卫星定轨中的应用

为解决卫星精密定轨过程中的观测资料加权问题，本文在卫星精密定轨过程中引入方差分量估计。文章采用Lageos2卫星1996年1月至2000年12月的全球SLR实测数据进行了卫星精密定轨计算，计算结果表明这种加权方法能较好地平衡观测资料对定轨结果的贡献，卫星轨道精度可以得到明显的提高。

不同卫星天线参数对BDS定轨定位精度的影响

论证了BDS精密单点定位时卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品保持一致的必要性。基于4组不同卫星天线参数BDS精密定轨RTN3方向内符合精度,GEO卫星均在9.3、18.6、11.5cm左右,IGSO卫星均在1.7、4.2、2.7cm左右,MEO卫星均在2.1、5.1、4.8cm左右,在R方向的差异小于5mm,在TN方向的差异最大为2.4cm;定轨结果与GFZ的事后精密产品比较,RTN3方向外符合精度差异较明显,排除GEO卫星因定轨策略与GFZ差异较大的因素,IGSO和MEO外符合精度ESA和WHU相近,RTN3方向均在10cm以内,各分量上优于IGS和EST 1~10cm,其中TN方向差异最显著。在保持BDS PPP使用的卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品一致的前提下,4组卫星天线参数定位精度相近,其中静态定位最后一个历元水平和高程方向坐标偏差均在5cm以内,动态定位收敛后坐标偏差RMS水平方向在10cm以内、高程方向在15cm以内;使用ESA和WHU天线参数动态定位平均收敛时间在46min左右,IGS和EST天线参数动态定位平均收敛时间在56min左右,略差于基于GFZ事后产品的收敛时间,其平均收敛时间在34min左右。

导航卫星姿态和光压模型研究进展

不同导航系统中卫星的形状、材料、轨道设计和姿态控制模式等都不相同,在进行多系统数据联合处理时,要获得高精度的卫星轨道,需要区别对待不同类型卫星的姿态模型和光压模型。作为导航卫星所受量级最大的非保守力,国内外许多研究是围绕光压模型的建立与精化等方面来开展,以便建立最合适的模型,从而获取更高的定轨精度。目前的研究表明,新的Galileo以及北斗卫星采用与之前不同的姿态控制模式,适用的光压模型也不同。总结了目前比较通用的导航卫星姿态模型,尤其是官方最新公布的北斗卫星的姿态模型,详细介绍了卫星光压模型研究进展和近几年来新发射卫星光压模型以及其先验模型的构建方法,并分析了各个模型的优缺点和适应性。通过对目前导航卫星姿态以及光压模型的分析,提出在更高精度的定轨任务中有待改进的问题,为导航卫星尤其是新发射导航卫星精密定轨中的光压和姿态模型的选择和建立提供参考。

统计定轨中随机模型的验后估计

在卫星精密定轨中 ,对资料的加权一般是采用经验的方法 .本文采用赫尔默特(Helmert)方差分量估计方法 ,对Lageos2卫星 6个月的SLR资料进行试算 ,统计了各台站的验后方差 .结果表明 ,用验后方差估计的方法可以得到各台站大致合理的权重 。

卫星导航系统综合分析处理软件PANDA及研究进展

简要介绍了卫星导航系统综合处理软件卫星精密定轨定位综合分析软件(PANDA)的数据处理方法与策略,重点阐述了PANDA软件目前的新进展,并对PANDA软件的进一步的发展进行了讨论。软件目前的研究进展以及与国外研究水平的比较表明,PANDA软件具有很好的发展前景,可作为基础性研究的软件平台,可为我国自主导航系统及卫星应用项目的发展提供技术支持。