Error Analysis of Orbit Determination for the Geostationary Satellite with Single Station Antenna Tracking Data

In the study, position and velocity values of a geostationary satellite are found. When performing this, a MATLAB algorithm is used for Runge-Kutta Fehlberg orbit integration method to solve spacecraft’s position and velocity. Integrated method is the solution for the systems which mainly work with a single station. Method provides calculation of azimuth, elevation and range data by using the position simulation results found by RKF. Errors of orbit determination are analysed. Variances of orbit parameters are chosen as the accuracy criteria. Analysis results are the indicator of the method’s

利用非差观测量确定导航卫星精密轨道与钟差的方法研究

研究利用非差观测量确定导航卫星精密轨道和钟差的原理和实现方法,并结合GPS实测数据,对其精密定轨和钟差确定精度进行了分析讨论,结果表明:利用全球均匀分布的30余个测站一天的观测数据,通过非差数据处理,定轨精度R、T、N方向能够达到0.032 m、0.084 m、0.078 m,钟差确定精度能够达到0.18 ns。这一结果与传统的双差法定轨结果精度相当,但无需复杂的组差运算,解算中不损失观测信息,仅通过一步解算即可同时获得高精度的轨道和钟差产品,在导航卫星精密定轨中具有较好的应用前景。

卫星单圈单弧段观测数据误差估计

通过建立准确的被观测目标的动力学模型,构造出了基于精密轨道确定与预报的卫星单圈单弧段观测数据误差的辨识与剔除方法,有效克服了基于多项式拟合方法存在的以误差辨误差的缺陷。

基于高/低轨监视平台的GEO卫星定轨精度比较

针对传统地基监视系统对地球同步轨道(GEO)卫星静地测量模式不利于获取其态势信息,而空间目标监视平台利用其快速轨道运动、增强观测几何强度和GEO卫星动力学模型的约束作用,有利于对GEO卫星环带的跟踪、监视和编目处理这一问题,分析了高、低轨平台与其观测模式,采用了数值微分法计算变分方程系数阵的定轨算法,统计了光学观测误差对定轨结果的影响.仿真计算表明,高、低轨平台对GEO卫星的定轨精度均在公里级,低轨平台对GEO卫星的定轨精度好于高轨监视平台,观测系统误差是定轨误差的主要来源.

提高航天测量船定轨精度的途径

在"神舟"任务中,航天测量船的定轨精度直接影响着整个地面测控系统的完成质量。在分析研究测量船误差源对近地近圆轨道确定影响的基础上,提出了提高海上定轨精度急需解决的问题及研究方向,建立了测速数据的船姿船速修正模型,设计了自适应信息检测算法,实现了测量船复杂误差的精确仿真并基于次序统计量研究了初轨根数的选优问题。这些技术的应用使初轨计算半长轴外符合精度提高了3倍,为提高测量船定轨精度发挥了重要作用。

卫星自主轨道确定的自校准滤波

研究在导航敏感器测量带有系统偏差情况下的卫星自主轨道确定问题,已有的大量研究表明这类系统偏差是影响自主轨道确定系统性能的关键因素。针对这一问题,本文基于线性时变系统的可观性理论证明了系统偏差为未知常值时,自主导航系统的状态和常值偏差都是可观的。在此基础上设计了将系统偏差作为状态向量新增分量的自校准滤波器以估计轨道参数,同时校准系统偏差。数学仿真结果表明,采用自校准滤波可以将自主导航的位置精度从10km(3σ)量级提高到200-500m(3σ)。

航天器入轨段测轨数据误差特性及定轨结果分析

分析了航天器发射任务入轨段各类测轨数据的误差特性及入轨段各类测轨数据的常用定轨方法的定轨精度,提出了解决定轨结果一致性差、优选困难的方法,并用仿真计算结果和实战任务数据计算结果予以验证。

北斗系统测站钟差短期预报模型比较及其在单星定轨中的应用

北斗卫星导航系统(BDS)地面跟踪站都配置有高精度的氢原子钟,并基于精密定轨数据处理与主站的时间基准进行同步.在卫星轨道机动以及机动恢复期间,通常采用几何法定轨以及单星定轨确定卫星的轨道.而在这两种定轨模式中,需要提供精确的测站钟差作为输入.为提高定轨的实时性,需要对测站钟差进行预报处理.分析了2次多项式模型、附加周期项模型、灰色模型3种模型对北斗地面跟踪站钟差短期拟合和预报的性能,并将钟差预报结果应用于单星定轨,同时还分析了不同预报钟差用于定轨的精度.试验发现,以上3种模型对6个测站钟差的平均拟合精度分别为0.14 ns、0.05 ns、0.27 ns,预报1 h的平均精度分别为1.17 ns、0.88 ns、1.28 ns,预报2 h的平均精度分别为2.72 ns、2.09 ns、2.53 ns.采用3种模型对测站钟差进行预报并用于单星定轨,采用附加周期项的钟差预报模型轨道3维误差最小,不同模型轨道径向精度差异在3 cm以内.以上结果表明,附加周期项的站钟拟合及预报模型在北斗系统机动期间的轨道恢复数据处理具有最好的效果.

SBV对GEO短弧初轨确定误差分析

SBV开创了天基光学空间目标监视的先河,其主要任务是弥补地基观测站对GEO等高轨深空目标监视能力的欠缺。空间目标监视任务中,非相关目标的初轨确定具有重要意义。本文针对SBV对GEO目标的短弧段初轨确定问题,通过对短弧段测量方程系数矩阵和初轨误差的推导分析,研究短弧段初轨计算病态性和误差特性,为天基监视系统设计提供参考。

内编队地球重力场测量性能数值分析

内编队系统通过实现内卫星纯引力轨道环境和内卫星精密定轨,完成高精度地球重力场测量,实现了不依赖于加速度计的重力卫星实施新途径。针对内编队重力场测量性能难以解析分析的情况,基于MATLAB并行程序设计进行了重力场测量数值模拟,获得了内编队重力场测量的有效阶数及其精度。在内编队轨道高度为300km、内卫星干扰力为1.0×10-10m/s2、外卫星定轨精度为3cm、内外卫星相对状态测量精度为1mm的条件下,计算得到内编队测量重力场的有效阶数为72,相应的大地水准面累积误差为44cm,重力异常累积误差为4.5mGal,由此可知内编队测量重力场的有效阶数主要分布在低阶部分。

星载GPS相位非差运动学定轨中误差影响分析

以CHAMP卫星的GPS观测资料为例,分析GPS精密星历、钟差、卫星相位中心改正、相对论效应和GPS卫星空间几何分布等各类误差对定轨的影响。分析结果表明:不同数据处理中心的GPS轨道相差很小,对LEO卫星定轨影响可以忽略不计。同一数据中心的相邻历元间的钟差变化很小,为1～2 cm,不同数据中心的钟差改正数差异较大;GPS卫星钟差改正精度优于5 ns。

基于立体视觉的相对姿态确定算法可观性分析

针对基于立体视觉的相对姿态确定算法无法正确估计出陀螺误差这一问题,分析了该算法中各个状态的可观性。首先,根据相对姿态误差方程和立体视觉测量方程建立滤波器模型。其次通过选取不同变量作为误差方程的状态,确定了系统中的不可观子空间。进而对系统的结构分解揭示出,该相对姿态确定算法仅能估计出主从星之间的相对姿态和其陀螺误差的线性组合这一结论。从系统结构分解的分析中还可以看出,当立体视觉系统测得的特征点大于两个以上时,增加特征点个数对提高陀螺误差的可观测性是没有帮助的。最终的仿真结果证明了论述的正确性。

地球同步轨道SAR定轨精度要求分析

针对地球同步轨道合成孔径雷达(geosynchronous synthetic aperture radar,GEOSAR)的技术特点和应用需求,进行定轨精度要求分析。首先建立GEOSAR定轨误差模型,定性分析定轨误差对斜距及多普勒频率的影响。然后针对全误差公式难以解析求解的问题,提出了一种基于蒙特卡罗法分析定轨精度的方法,并给出GEOSAR典型应用模式下的定轨精度分析流程。最后针对中等倾角GEOSAR给出定量的定轨精度要求。仿真表明,GEOSAR成像聚焦所需的径向位置精度为米级,切向速度精度为10-3 m/s量级,目标定位所需的切向位置精度为10m量级,径向速度精度为10-3 m/s量级,差分干涉所需的径向位置精度为毫米量级,并且下视角越小,约束越高。

利用单向多普勒确定“天问一号”轨道

“天问一号”任务中,单向多普勒轨道确定在我国深空探测任务中得到首次实际应用。本文提出了基于单向多普勒的“天问一号”轨道确定方法。首先对单向多普勒进行观测建模和误差理论分析,然后利用“天问一号”中继轨道段的单向多普勒进行定轨计算,最后使用定轨结果与基准轨道的星历进行比较及重叠弧段轨道比较两种方法,分析仅利用单向多普勒的定轨精度,验证了单向多普勒的定轨能力。分析表明,星载频率源的不稳定和太阳相位闪烁噪声是影响单向多普勒测速精度的主要误差源,“天问一号”中继轨道段,仅利用单向多普勒数据可以实现优于1 km的定轨精度,这为未来我国更遥远的深空探测任务实施提供了重要技术存储。

星载GPS非差精密定轨精度分析

采用一种变相的"非差"动力定轨方法,建立了相应的数学模型,编制了星载GPS低轨卫星的定轨软件,并以此分析了定轨过程中各主要误差源对定轨的影响以及所能达到的定轨精度和预报精度。该方法以相位平滑伪距为观测值,通过对同一历元的观测值进行卫星间求差,消除了星载GPS接收机钟差,模型简单,求解参数少。在只估计初始坐标和速度参数、考虑各种误差的综合影响时,定轨一天的径向精度约为3m,能满足一定的定轨精度要求。

小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大,对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短,由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道,初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法,建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题,本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作,利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验,并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证,为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。

单颗导航卫星区域定轨钟差影响精度分析

讨论在区域单颗导航卫星的精密轨道确定中,钟差对单颗导航卫星定轨的影响及理想状态下基于区域测轨数据所能达到的精度。根据单颗导航卫星定轨中钟差的不同处理策略,比较分析了钟差对其轨道的影响;通过分析消除钟差影响后的理想条件下的轨道精度,讨论基于区域数据单颗导航卫星定轨达到的最佳精度。试验结果表明,基于中国境内的区域数据,受到跟踪站分布结构的制约,轨道求解的精度容易受到钟差与测量噪声的影响。当钟差消除后,在仅受观测噪声影响的理想条件下,轨道的径向和位置精度分别优于2m和10m。

低地球轨道初轨确定误差分析

初轨确定是在无任何先验信息的情况下利用观测资料确定目标天体轨道的一种方法。在对非合作目标和空间碎片的搜索发现、航天器发射初期的轨道确定或者编目中断后的重新编目等工作中,初轨确定都起着至关重要的作用。在具体的工程应用中,初轨确定的定轨误差与观测资料的时长、误差及采样密度等因素的关系均是需要重点关注的问题。本文基于改进的Laplace初轨确定方法,利用仿真观测数据对定轨误差与观测资料时长、资料误差及资料密度等因素的关系进行了定量分析,并得到一些有益的分析结论,期望能为相关工作提供技术参考。

利用星间测距的轨道计算方法

基于天基空间监测的技术背景，根据单位矢量法的基本原理，给出了一种在已知目标卫星轨道面的前提下仅利用星间测距对目标卫星进行轨道计算的算法，并对已知轨道面的不同误差大小对定轨精度的影响进行了分析。模拟计算表明，轨道倾角的误差对定轨的精度影响更大。

多星定轨条件下北斗卫星钟差的周期性变化

基于地面监测网的多星精密定轨可以同时解算出北斗卫星轨道和卫星钟差。由于轨道和钟差的耦合影响,卫星钟差时序难免会出现周期性波动。此外,受限于目前并不完善的北斗全球监测网络分布、系统导航文件缺失以及定轨后处理软件的设置问题,3类卫星的钟差均存在大量数据间断问题。本文利用适用于间断数据的谱分析方法,对多星定轨条件下的北斗卫星钟差数据进行了周期项提取,并利用周期项改进后的钟差预报模型评估了24h以内的预报精度。基于近一年的数据分析表明,北斗GEO卫星钟差3个主周期依次为12、24和8h,IGSO卫星钟差的3个主周期依次为24、12和8h,而MEO卫星钟差的3个主周期依次为12.91、6.44和24h。与改进前相比,周期项改进后的钟差预报模型将北斗卫星钟差在24h以内的预报精度提高了20%~40%。