基于JPL星历的月基SAR多普勒参数估算方法

月基合成孔径雷达(SAR)与传统低轨SAR相比,成像几何上存在成像距离长的特点,其多普勒参数估计方法也不同于常规的机载和星载SAR.基于喷气推进实验室(JPL)高精度星历,可以通过插值获取月心在地心惯性坐标系下的位置、速度和加速度以及月球天平动,然后经由坐标转换得到月面任意位置在地心惯性坐标系下的位置、速度和加速度.在此基础上,建立了两个二次方程组,第1个方程组的解表示任意星下点离线角和斜视角情况下的波束矢量,第2个方程组求得波束矢量的模值,以此解算地面波束中心的坐标.结果表明,月基SAR的波束角需沿轨不断调整,而且天线放置的位置也会对多普勒参数产生明显影响.

行星位置算法对卫星轨道预报的影响

平均根数法和JPL星历内插法是计算行星位置的主要方法。主要介绍了这两种方法并比较分析了其产生的预报轨道。结果表明:半小时内,两种方法预报的轨道精度都在5cm以内,但随着预报时间延长预报精度变差,在一天内,两种方法预报的轨道差值可达93m,JPL星历内插法的预报精度在1m以内;因此,在短时段内,JPL星历内插法和平均根数法可用于高精度卫星轨道预报,但在长时段预报中需要采用JPL星历内插法求解行星位置。

日月摄动对高精度惯导系统的影响

针对日月摄动对长航时高精度惯性导航的影响,对其引起的导航误差进行了研究。基于JPL星历DE405,建立了日地月系统的轨道模型,获得三者相对位置信息。利用此轨道模型求解出日月引力摄动对地球表面的惯性器件产生的比力最大达到0.15μg。同时开展了长航时高精度纯惯性导航仿真验证,结果显示日月引力摄动单日内最大可以引起米级的惯性导航定位误差,并在长航时导航中呈现出周期性。同时摄动对导航的影响随着纬度变化而变化,在30°附近影响相对较小,其产生的定位误差在超高精度惯性导航中需要予以考虑。

地月系L1和L2点附近轨道的选取

探讨了在工程应用中设计合适的地月系附近周期和拟周期轨道的若干步骤；计算得到了地月系CRTBP模型中L1和L2点附近的Halo轨道以及垂直和水平Lyapunov轨道全族；在JPL星历提供的真实力模型中利用目标轨道法（Target Shooting Method）得到了以上三族周期轨道在真实力模型中的表现形式；构建了真实力模型下的虚拟平动点准惯性坐标系，简化了轨道坐标从CRTBP模型向真实力模型的转换，加快了迭代收敛速度。

火星极移时变分析与预报

火星极移属于火星定向参数,通过对火星极移时间序列周期项进行研究,可以更加深入地了解火星内部结构及大气和潮汐运动的特征与规律。利用NASA提供的NP.ang和NP.ds火星极移序列进行时变分析与预报,时变分析使用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行处理。结果表明,NP.ang与NP.ds两组数据的周期项长度基本一致,且与火星年具有很强的相关性。短期预报结果表明,使用差分整合移动平均自回归(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型对NP.ds进行20 d内的短期预报是一个可行的思路;中长期预报结果表明,使用最小二乘外推模型进行NP.ds数据的中长期预报是可行的,且使用准确度更高的周期项进行最小二乘外推模型的拟合,可以显著提高对NP.ds的中长期预报精度。本文研究结果可为火星极移的预报研究提供参考。

轨道动力学方法用于太阳位置精确解算的比较研究

从轨道动力学理论与工程实际相结合的角度出发,提出2种不同算法并作仿真对比分析。第1种是基于JPL行星星历的精密天文算法,理论上计算精度与天文年历相当;第2种是基于轨道平根数理论的解析公式算法,理论上计算精度不超过±0.01°。2种算法的解算结果相互校核,验证了其正确性和有效性。

月基SAR重复轨道干涉测量时-空基线分析

本文根据地-月相对运动特征,建立了月基重轨InSAR观测几何模型,使用NASA/JPL高精度DE430月球星历数据,计算了月基SAR的重访时间以及对应的空间基线。结果表明:月基SAR的重返周期约24.8h;由于月球南北向速度发生周期性变化,月基重轨InSAR垂直基线长度会随重访次数产生较大变化,且基线长度近似呈现1恒星月周期变化特征。在空间基线约束下,本文进一步分析了月基重轨InSAR时-空基线特征,研究发现:①在确定的初始观测条件下,只能在特定的时间基线上实现月基重轨InSAR观测,并且初始观测时间不同,可实现月基重轨InSAR观测的时间基线也不同;②不同的时间基线可形成干涉组合个数不同,约50%的干涉组合个数对应的时间基线接近1恒星月及其整数倍;不同的观测位置可形成干涉组合个数不同,约80%的干涉组合个数发生在月球赤纬大于10°区域。因此,月基重轨InSAR观测数据获取计划的设计应综合考虑时间基线、空间基线以及初始观测时间等因素。

太阳系真实力模型下Halo轨道的寻找

在总结现阶段共线平动点附近周期和拟周期轨道寻找方法的基础上,在JPL星历提供的真实力模型下利用目标轨道法(Target Shooting Method)实现了Halo轨道的寻找。即利用Lagrange乘数法作为迭代工具,利用圆型限制性三体问题下的分析解结果作为迭代初始值,迭代出真实力模型下的拟Halo轨道。重点构建了真实力模型下的虚拟平动点准惯性坐标系,极大地简化了轨道坐标从CRTBP模型向真实力模型的转换,加快了迭代收敛速度。