转发式测定轨技术及其研究进展

基于卫星双向时间传递原理,国家授时中心提出了转发式卫星测定轨方法,已将GEO通信卫星的测定轨精度提高到米级水平。近年来,转发式测定轨技术不断发展完善,观测目标已由单一GEO卫星扩展到北斗IGSO卫星(I1-S)。本文描述了转发式测量模型,并给出了转发式测定轨新系统对GEO卫星和北斗IGSO卫星(I1-S)的测定轨结果。经过试验验证,GEO、IGSO卫星的重叠弧段的轨道差的RMS值已分别达到2 m和0.9 m。长期的试验应用和分析表明,转发式测定轨技术的主要特色和优越性在于:转发测距与钟差分离,便于实现精密定轨;以精密时间测量为基础,测距精度高(2 cm),并且不受气象条件制约;使用微波频段和扩频技术,易于远距离测轨;该技术所需的星上透明转发器载荷成熟且易于小型化。从未来应用来看,转发式测定轨技术适用于中高轨航天器的精密测定轨,尤其对高轨卫星测定轨有明显优势,可用于开展相关科学研究。

转发式测定轨系统卫星地面站观测数据质量分析及可视化

在转发式的卫星测定轨系统中,卫星地面观测站是其重要组成部分,每天不间断产生大量高精度测距数据、气象数据、时间同步等测量数据,这些数据是实现卫星精密测定轨的基础。因此,地面观测站的数据质量及其可视化显得尤其重要,基于此目的,采用Unix时间戳算法及vector迭代器技术,利用C++Builder开发一套对卫星地面站观测数据质量分析及其可视化的系统。在实际应用中表明:此套系统能有效统计、初步筛选数据,发现在观测过程中的数据质量、验证数据记录时存在的问题,更直观地反应各个天线系统的运行情况,提高了观测系统及设备故障排除和维护的效率。

基于高精度对流层延迟改正的转发式卫星测定轨

转发式卫星测定轨传统上一直使用气象站数据和Saastamonien模型,计算天顶对流层延迟,精度约为4 cm。为了提高对流层延迟改正精度,并进一步提高卫星测定轨精度,在转发式测轨站上并址配置测地型GPS/BDS多系统接收机,基于IGS/iGMAS产品计算得到各站高精度的对流层天顶延迟,精度约为5 mm。将此新的对流层延迟改正应用于定轨软件,开展了GEO卫星转发式测定轨试验。试验结果表明:使用本文方法的对流层延迟后,定轨精度有较为明显提高,平均重叠弧段轨道差由1.402 m,减小到1.268 m,改善约为10%。

基于转发式一发多收模式的GEO卫星定轨研究

实现了基于一发多收模式的地球同步轨道卫星精密测定轨,一发多收测轨模式是转发式测定轨技术中一种观测模式。测轨站主站向卫星发射一个伪码扩频信号,经卫星转发器转发,传向主站和副站,形成主站的自发自收和副站的主发副收的测轨模式。并依托中国科学院国家授时中心的西安站、长春站和喀什站开展C波段一发多收观测定轨试验。主站的发射系统时延和卫星转发器的时延可以通过解算中的参数估计予以解算,副站的系统误差经标校方法抵消其影响。试验以自发自收的定轨结果评估一发多收的定轨精度,结果表明一发多收定轨精度可达10 m量级,也说明一发多收观测模式是一种有效的精密测定轨方法。

基于转发式分时观测的IGSO卫星定轨研究

卫星轨道精度是决定卫星导航系统性能的关键因素之一。在转发式卫星导航的试验项目的支持下,对I1-S卫星的观测数据进行分时段处理,模拟分时观测的过程,利用处理后的数据进行定轨。目的是验证在数据量少的情况下是否不影响定轨精度,如果结论成立,则可以在有多个观测任务时,对不同的卫星进行轮替观测,提高设备的利用率。利用2015年8月14日到2015年8月20日的观测资料进行定轨实验,分别从定轨残差以及轨道重叠误差等方面分析卫星的定轨精度,5站总的RMS在0.14~0.17 m的范围之内,平均值是0.15 m。在三维方向上的重叠差小于1 m。利用分时观测的数据进行定轨,5站总的残差RMS都小于0.20 m,在0.13~0.18 m的范围内,分时段数据解算的卫星轨道与全时段解算的轨道比较差异RMS小于1 m,和全时段定轨残差在同一水平上,没有降低定轨精度,证明了在米级定轨需求下分时观测的可行性。

CAPS昆明测定轨站

基于卫星双向时间频率传递技术的转发式卫星测定轨技术,可精确地测定地面站到卫星间的距离,并能实现各站间高精度时间同步。中国区域定位系统(Chinese Area Positioning System,CAPS)按国内最佳布局建立了VSAT(小口径终端)转发式卫星地面测定轨网,昆明卫星地面站是中国区域定位系统卫星测定轨网的重要组成部分之一。昆明卫星地面站的仪器频率全部由高精度原子钟提供,仪器参数可以设定,仪器时延能够实时精确地测定,是一个全自动的转发式卫星地面站,为中国区域定位系统高精度卫星测定轨提供有力支撑。