基于动态阈值的距离搜索初轨确定

提出一种改进的初轨确定算法,基于动态阈值的距离搜索方法,以改进传统算法在处理数据时初轨成功率和初轨误差。通过动态调整搜索阈值,旨在实现更精准和高效的初轨确定,以满足当前对空间目标初轨确定的需求;利用LEO,MEO和GEO目标的实测角度数据开展算法测试。介绍了基于动态阈值的距离搜索算法的实现过程,基于数据处理的经验,用动态阈值实现初轨参数质量控制环节的轨道筛选。给出了详细的算法实现流程。利用TLE(Two Line El⁃ements)评估了初轨确定参数误差。基于“烛龙”观测网的中低轨目标和中国科学院长春人造卫星观测站的高轨目标的实测角度数据,开展算法测试。结果表明:LEO,MEO和GEO目标短弧初轨确定成功率分别约为94%,75%和89%,半长轴误差均值分别约为9,12和50 km。该算法适用性强、成功率高、定轨精度高,证明了监测数据的质量。

低轨增强区域监测站覆盖性分析

监测站的分布和数量直接影响导航卫星的定轨精度、参数解算及状态监测。给出了监测站覆盖性评估方法,并利用真实的全球导航卫星系统(GNSS)轨道数据和仿真的低地球轨道(LEO)星座,对不同数量区域增强监测站的覆盖范围及深度、跟踪平均值和可视弧段占比进行了仿真试验分析。得出的结论是:增加区域监测站的数量仅对GNSS卫星的覆盖性有一定提升,但无法有效改善LEO卫星,需进行全球布站或结合星载接收机数据进一步分析。

定向井钻井空间圆弧轨道计算的两个问题

在定向井轨道设计、实钻轨迹监控等一系列问题中,圆弧井段参数计算是一个最基础的问题。前人提出的圆弧井段井斜角和方位角的计算公式具有计算复杂、推导过程烦琐等缺点,为此以坐标增量恒等式为基础,使用初等方法推导出了一组新的圆弧井段井斜角和方位角的计算公式。这组新公式具有简洁对称、结构清晰等特点。基于井眼曲率是空间圆弧井段的不变量,还给出了井底参数预测的一种新方法。

TG01/SZ08交会对接轨道确定与预报精度分析

以我国首次空间交会对接为背景,介绍了交会对接任务轨道计算和预报的新特点。针对TG01("天宫一号"目标飞行器)调相控制期间的中长期轨道预报问题,分析了影响预报精度的多种因素,定量给出了偏航飞行姿态对轨道预报的影响,通过对不同策略预报结果的比较,制定了轨道预报的最优策略;针对SZ08("神舟八号"飞船)远距离导引期间的短弧定轨,采用适应短弧情况下的定轨策略,分别利用3圈、6圈地基统一S频段和中继卫星数据的定轨位置精度优于50m。

天基空间目标监视的短弧段定轨技术

利用两个短弧段的天基测角资料实现对空间目标的轨道确定是天基空间目标监视系统需解决的重要问题之一。提出利用二体轨道的角动量和能量守恒方程计算空间目标初轨的新方法,该方法将短弧段的主要测量信息表示为弧段属性,由两个短弧段的弧段属性建立守恒方程,采用变量替换法求解守恒方程获得多个初轨,通过方差分析从中选择合适的初轨。针对轨道改进中的迭代发散和收敛于局部极小点的问题,提出了选取多个迭代初值进行轨道改进的采样方法。仿真结果表明,初轨确定算法是可行的,轨道改进能成功解算最小二乘轨道。

一种北斗卫星精密定轨方法

利用BDS/GPS双模观测数据,研究了高精度北斗卫星精密定轨的实现方法,使用PANDA软件,结合"北斗卫星观测实验网"的实测数据,进行了精密定轨实验,结果表明:北斗卫星径向定轨精度能够达到优于10 cm的水平;其中,GEO三维定轨精度能够优于5 m,但沿迹方向存在系统偏差,IGSO/MEO三维定轨精度优于0.5 m。

由星载GPS确定低轨卫星初始状态解的误差分析

分析了星载GPS动力学短弧定轨中的偶然误差、GPS星历误差和采样间隔对卫星初始状态参数估计结果的影响。仿真计算表明 ,在非力学模型误差综合影响下 ,利用双频P码无电离层组合进行动力学短弧定轨的精度优于 1 0m ;弧段较短时法方程严重病态 ,条件数高达 1 0 9,此时宜寻求有效的算法。

探月卫星同波束干涉测量技术应用研究

探月工程嫦娥4号中继星任务同时搭载月球轨道微卫星,受地面测控资源分配限制,微卫星的轨道测量由地基S/X频段统一测控(TT&C)系统天线(USB)保障。该文通过分析地月转移轨道段中继星、微卫星相对于跟踪测站的几何构型,依托深空干涉测量系统设计实现对微卫星、中继星的同波束干涉测量(SBI)跟踪;发挥中继星测控资源丰富、轨道精度高的优势,获取了微卫星优于1 ns的测角观测量;并应用于微卫星短弧定轨,统计分析表明定轨精度由2 km提升至优于1 km、预报精度由6 km提升至2 km,为微卫星轨道机动后的快速高精度轨道确定与预报提供了有力支撑。

环月探测器短弧定轨精度的仿真结果分析

以我国正在实施的探月计划嫦娥一号月球探测器飞行测控需求为背景,利用数值仿真的方法,考虑现有USB卫星测控网和中国科学院VLBI射电天文观测网分布,在观测弧段受到限制的前提下,探讨了环月探测器测轨手段和测控弧段的选择及其相应的定轨精度。

长短弧定轨结果的比较与力学模型的修正

本文利用长弧解与短弧解比较的方法,研究了力学模型误差对长弧定轨的影响及轨道误差的特性,提出了一种补偿力学模型误差的方法,并利用Lageos卫星全球激光测距资料进行了实际计算,验证了该方法的可行性,而且具体给出了补偿算法的实际结果。

通过雷达短弧段测量数据来确定轨道的新方法

本文首次提出了一种先用动弧平滑平均法确定初始轨道,然后再以测距或测速数据进行修正的雷达短弧段测量来定轨的新方法。文中列出了计算机仿真结果。新方法显著地提高了卫星的初轨精度。

基于粒子群算法的极短弧定轨

针对经典的初轨计算方法在极短弧定轨中不适用的情况,建立了一种基于粒子群算法的极短弧(TooShort-Arc,TSA)定轨的计算方法。该方法将问题转化为两个三变量的分层优化问题,采用(a,e,M)作为优选变量,在保持问题维数较低的同时,实现了计算结果和观测资料的解耦。由于实测资料处理中的野值剔除方法不适用于粒子群算法,所以,采用稳健估计法,通过在适值函数中使用最小中值二乘准则,实现了稳健的极短弧计算方法。同时,应用MATLAB计算软件,选用缺省参数实现该算法,以进行数据验证。基于实测数据的数值验证表明,方法对于近圆轨道目标30s以下的弧段仍可以获得有效的结果,10s弧段误差仅为16km。此精度满足后续处理的需要,且方法稳健,具有很高的崩溃点。

单站单圈测距资料初轨计算的单位矢量法

根据单位矢量法测轨原理,在已知轨道面参数i,Ω的前提下,给出了一种适用 于单站单圈测距资料的初轨计算方法．计算结果表明,方法是有效的．在没有测角资料或 测角资料精度显著低于测距精度的情况下,有应用价值．

天基光学超短弧段测量的约束域分析方法

针对天基光学空间目标监视的超短弧段测量数据特点,引入弧段测量约束域概念和域内三角剖分以解决短弧初轨确定问题。利用约束域内剖分节点目标函数性质获取最优初始条件,提出约束域内的约束微分修正方法和三角网细分迭代搜索方法。仿真结果表明,两种方法均能得到有效收敛,可用于解决超短弧段目标的轨道初值问题。

近地小行星极短弧定轨的进化算法研究

近地小行星的巡天项目不断涌现,得到了海量的观测数据.而巡天观测方式使获得的数据弧段过短,传统方法在定轨和识别上存在极大困难,加之短弧定轨问题本身的病态性,如何有效利用这些短弧数据对于发现、监测和评估小行星的威胁具有重要意义.在进化算法下构建极短弧定轨的计算框架,选用三变量的(a, e, M)优选法,保持维数较低的同时,使优化结果不再依赖观测量.采用参数较少、操作简便的差分进化算法,利用不同偏心率小行星的轨道模拟数据进行试验,对获得的最优解及其分布聚集区域进行分析,大偏心率轨道由于其本身的复杂性,会对算法搜索的灵敏度产生影响,需缩小搜索空间以提高搜索能力.结果表明算法在小偏心率问题中表现较好,可以得到有效结果为后续工作提供参考信息,大偏心率问题在传统方法失效的情况下,虽然最优解在整体分布中并不明显,但分布仍包含真实解,可结合分布密度和适值大小进行分析.未来需要对大偏心率问题作进一步研究,考虑其观测位置和观测时刻对算法产生的影响,分类计算.

18参数广播星历分析研究

针对18参数广播星历模型对混合星座（包含GEO（地球同步轨道）、IGSO（倾斜地球同步轨道）、MEO（中地球轨道））的拟合精度和稳定性问题,利用摄动理论中的分析方法研究18参数广播星历模型新增参数的物理意义,通过数值仿真比较分析18参数模型与16参数模型对混合星座的拟合精度和稳定性。分析研究表明,新增2个参数可以较好地逼近轨道变化的长周期项,相同拟合弧长的拟合精度比16参数提高了50%左右,但受短周期项影响,拟合不够平稳,同时由于轨道变化特征的差异,对GEO和IGSO卫星的拟合不如MEO卫星稳定。数值仿真结果表明,要保证稳定性必须增加拟合弧长,但拟合精度会有一定下降,18参数条件下,MEO卫星选用3h拟合弧长能保持很好的稳定性,GEO和IGSO卫星则需要选择5h拟合弧长。

考虑地球扁率摄动影响的初轨计算方法

在二体问题意义下的短弧定轨,Laplace型方法是最主要最典型的一种初轨计算方法。若测角资料达到10^(-4)-10^(-5)精度(相当于2"-20"之间),那么要使定轨精度达到与其相应的程度,地球非球形引力位中的扁率项摄动应该考虑,在此前提下,同样可以采用相应的Laplace型定轨方法。即给出这种严格包含扁率摄动的初轨计算方法的原理和具体计算过程以及计算实例。除采用多资料定轨方法外,这种方法也是提高初轨计算精度的一种途径,它同样可用于多资料的情况。这种方法对于大扁率主天体(即中心天体)的卫星定轨将更有实用价值。

一种适用于长弧段的初轨计算方法

根据单位矢量法测轨原理,在人造卫星初轨计算的单位矢量法基础上,给出了一种适用于长弧段的初轨计算方法.该方法既适用于长弧段,也适用于短弧段;适用于各种不同类型的观测资料和任意偏心率、任意轨道倾角的人造地球卫星;有利于提高初轨测定精度;并改善整个计算收敛性.特别需要指出的是,该方法与有摄初轨计算的单位矢量法相结合,为单位矢量法从初轨计算推广到轨道改进打下了坚实的基础.

GPS轨道合成原理及其实现

采用轨道叠加的方法,对将单天解轨道合成为多天解轨道算法过程进行了详细推导,并通过算例证明了轨道合成对提高轨道产品精度(特别是在局域定轨中)的有效性。同时对利用动力平滑的方法实现简化的轨道合成进行了原理分析,并对基于法方程叠加的轨道合成与利用动力平滑的方法进行简化的轨道合成方法进行了比较。

天基光学短弧观测约束域的粒子群优化定轨方法

针对空间目标定轨问题,提出一种利用两段天基光学短弧观测数据的粒子群优化定轨新算法。在介绍天基光学短弧观测测量帧集、测量约束域及目标函数构造的基础上,为解决已有的基于网格搜索思想寻优的算法存在的多解、局部最优解及运算量过大等问题,提出了一种利用粒子群优化算法在约束域内对目标函数值寻优达到定轨目的的新算法。对算法的性能进行了仿真验证。多次仿真结果表明:该算法大大降低了计算量,且有效地解决了目标函数多解和局部最优解问题,对目标定轨的精度与定轨算法的克拉美罗下限接近。