北斗系统GEO卫星伪距多路径误差改正

北斗系统地球静止轨道(GEO)卫星因相对于地面近似静止,其多路径误差相对于其他类型较为严重,且表现出系统波动现象。为提升定位精度,本文在GEO卫星伪距多路径误差特征研究的基础上,采用奇异谱分析方法对其进行修正,并通过伪距单点定位(SPP)验证伪距多路径误差修正效果。选取测站CUT0连续10d的静态观测数据进行修正试验。研究发现,GEO卫星伪距多路径误差序列表现出较强的天重复性,且多路径误差中的系统误差项越大,重复性也越强;在运用奇异谱分析方法修正GEO卫星伪距多路径误差各系统误差项后,多路径组合(MP)观测值和SPP的定位精度均有一定程度提升。

基于多种群混沌遗传算法的GEO目标服务任务规划

面向地球同步轨道(geosynchronous Earth orbit,GEO)空间目标碎片清除、燃料加注等不同在轨服务需求,研究了“固定储油站+往返航天器”相结合的航天器任务规划问题。首先,建立了多任务混合的燃料最优双层任务规划模型,外层为目标服务序列规划,内层为轨道机动规划。随后,针对该连续-离散混合变量组合优化问题,提出了一种多种群混沌遗传算法(multi-group chaotic genetic algorithm,MGCGA),采用混合编码表征决策变量,引入立方混沌映射算子提高初始种群质量,多种群及精英保留策略使得算法在求解过程中能更为显著地逼近全局最优解。最后,参考实际GEO目标构建了典型算例,规划结果表明所提算法具有全局收敛性好、收敛速度快的优点。

基于CEI测量的GEO目标快速轨道恢复

连线干涉测量(Connected Element Interferometry,CEI)是一种全天时全天候的被动测角技术,已用于空间目标的跟踪监视.地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星需要频繁机动以保持轨位或完成其他任务,其机动后的快速轨道恢复能力对于监视预警极为重要.针对基于CEI的GEO短弧定轨和预报,分析了定轨算法的形亏和数亏,在附加先验轨道约束的短弧定轨基础上,提出了轨道半长轴初值的自适应优化方法.利用亚太七号卫星的CEI仿真和实测数据进行了短弧定轨和预报,实验结果表明,采用优化后的半长轴初值,30min短弧定轨和10min预报的卫星位置分量精度均优于4km,能够满足非合作GEO目标机动后快速轨道恢复的需求.

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。

GEO卫星对BDS中长基线精密定位的影响分析

针对北斗卫星导航系统(BDS)中特有的地球静止轨道(GEO)卫星存在轨道精度低和空间结构变化缓慢的问题,分析GEO卫星对BDS中长基线精密定位的影响:基于BDS中长基线精密定位算法,采用连续运行参考站系统(CORS)观测数据,对倾斜地球同步轨道(IGSO)+中圆地球轨道(MEO)+GEO组合和IGSO+MEO组合分别进行基线解算,探讨GEO卫星对BDS中长基线精密定位的卫星几何构型、宽巷模糊度固定效果、窄巷模糊度首次固定时间及定位精度的影响。实验结果表明,部分GEO卫星宽巷模糊度的小数部分存在系统性偏差,其宽巷模糊度需要5 h左右才能得到90%的固定率;加入GEO卫星后,窄巷模糊度首次固定时间从25缩短到16min,缩短了36%;BDS全星座组合的2h静态解算精度水平方向为2.1 cm,高程方向为3.5 cm;GEO卫星有利于提升BDS中长基线定位性能。

北斗GEO卫星钟差频间偏差变化特性分析

解算北斗二号区域导航系统(BDS-2)、北斗三号全球导航系统(BDS-3)GEO卫星钟差频间偏差(inter-frequency clock bias,IFCB),对比分析其变化特性。结果表明,BDS-2 GEO卫星对应的相位和伪距IFCB具有明显的时变性与周期性,BDS-3 GEO卫星对应的相位和伪距IFCB时变性不明显。分析BDS-2单日IFCB的周期变化特性,并采用分析得到的周期构建IFCB模型化函数。应用多项式和基于谐波函数的混合函数分别对IFCB进行模型化处理,模型化结果表明:4阶谐波函数对应的混合函数模型化精度在相位IFCB拟合中的平均RMS优于0.0036 m,伪距IFCB对应的RMS优于0.1313 m;8阶谐波函数对应的混合函数模型化精度在相位IFCB拟合中的平均RMS优于0.0034 m,伪距IFCB对应的RMS优于0.1238 m。当采用多项式进行IFCB模型化时,相应精度随多项式阶次的增加而提高,但仍然劣于基于谐波函数的混合函数。当用常数代替BDS-3相位IFCB结果时,平均拟合RMS优于0.0005 m;当用常数代替伪距IFCB结果时,平均拟合RMS为0.0352 m。

北斗GEO卫星在磁暴电离层扰动分析中的应用

为了研究磁暴发生期间,电离层受其影响产生的异常扰动现象的特性,本文利用北斗系统中地球静止轨道(GEO)的特性,选取沿等纬度、经度和地磁纬度规则分布的地面站观测数据,针对2019年5月11日与5月14日发生的磁暴事件,对磁暴期间电离层扰动进行了分析,实验表明5月14日磁暴事件造成的电离层扰动在各点处有着更相似的时频特性;同时计算得到了磁暴沿纬线的平均传播速度为657.9 m/s,沿经线的平均传播速度为480.1 m/s,沿地磁纬线的平均传播速度为1 591.2 m/s。

SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法

提出了一种支持向量回归机(SVRM)辅助的北斗地球静止轨道(GEO)卫星反射信号土壤湿度反演方法。使用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线接收体制进行了地基实验,采集了北斗GEO卫星直射、反射信号原始数据,并从中提取直射、反射信号的相关功率,结合北斗GEO卫星的高度角与方位角信息作为输入,烘干称重法获取的土壤湿度作为输出对使用径向基(RBF)核函数的ε-SVRM进行了训练。独立测试集上的结果表明,SVRM辅助的北斗GEO卫星反射信号土壤湿度反演方法获取的土壤湿度结果与烘干称重法获取的土壤湿度参考值误差控制在3%以内,线性回归方程决定系数为0.8979,均方根误差RMSE为1.4926%,证明了该方法具有良好的泛化特性,实际应用中效果良好。

基于PETRI网模型的LEO/MEO/GEO三层卫星网络的性能分析

基于Petri网模型方法和仿真方法 ,对一种低轨 /中轨 /同步地球轨 (LEO/MEO/GEO)三层卫星网络进行了性能分析 .首先建立了卫星网络的广义随机Petri网 (GSPN)模型 ,采用SPNP6 .0软件进行了网络性能分析 .然后 ,将分析结果与采用OPNET软件对该三层卫星网络模拟的结果进行了比较 ,验证了模型的正确性 ,并得出了诸如在高网络负载的情况下三层网络结构的性能优于单层等新的结论 .

GEO SAR长合成孔径时间弯曲轨迹成像试验

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)具有重访周期短,观测范围广等优点,在军事及民用领域具有重要的应用价值。针对GEO SAR长合成孔径时间弯曲轨迹复杂成像特性,首次提出一种地面演示验证方法,对长合成孔径时间弯曲轨迹下成像可行性进行验证。给出长合成孔径时间弯曲轨迹定量分析过程,提出具体试验方案,最后角反射器成像品质评估结果表明可实现长合成孔径时间弯曲轨迹下目标点成像。

椭圆轨道GEOSAR特性分析及成像方法研究

建立了同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)的椭圆轨道模型,对其特殊的运动特性进行了分析,重点研究了椭圆轨道条件下目标的多普勒特性.针对卫星姿态误差对多普勒参数的影响从而导致成像质量下降的问题,通过推导存在姿态误差情况下的多普勒参数表达式,发现在GEOSAR中俯仰角和横滚角对多普勒参数的影响比较大,为了保证成像质量,应尽量提高俯仰角和横滚角的测量精度,并控制它们的扰动.最后针对GEOSAR非线性运动给成像带来的困难,对SPECAN算法、结合运动补偿的RD算法和后向投影算法进行了比较和分析,证明了这3种成像方法在GEOSAR中的可行性.计算机仿真结果验证了分析结论的正确性和成像算法的有效性.

GEO卫星锂离子蓄电池组在轨均衡方式研究

锂离子蓄电池组作为GEO卫星的储能电源,已经得到广泛应用。为了防止锂离子蓄电池组在长期充放电过程中离散性的扩大,运行在GEO轨道的长寿命卫星用锂离子蓄电池组一般设计有均衡管理功能,目前在轨广泛应用的一般均为耗散型均衡。根据均衡启控方式不同,可分为定时均衡、定电压均衡和控制电压差均衡三种均衡方式。通过对GEO卫星锂离子蓄电池组典型的三种在轨耗散型均衡方式的遥测数据进行分析,论述了目前在轨应用的这三种均衡方式的均衡特点和在轨均衡效果。

小倾角GEO卫星多波束天线覆盖特性优化

从轨道、天线和指向控制角度,对小倾角轨道GEO卫星多波束天线对地覆盖特性进行建模仿真和优化研究。首先对小倾角轨道、天线波束安装与排布、倾斜轨道控制以及波束动态指向等问题进行了理论分析与建模,得到了基于姿态偏置控制的天线动态覆盖计算模型;接着构造了天线覆盖性能的评估指标,并从指向角度建立了覆盖特性优化模型;最后,工程算例仿真表明,通过天线指向优化既可以解决覆盖问题,又能改善对服务区的覆盖特性。研究结果表明,文中建立用于覆盖计算、评估和优化的模型合理正确,可用于天线覆盖仿真。

基于STK的寿命末期GEO卫星轨道演化分析

地球同步轨道上的GEO卫星接近寿命末期时,星上的有效载荷和电子元器件等仍能正常应用,此时如果只做东西方向的位置保持,可以大幅度延长卫星的在轨工作寿命。简要介绍了引起GEO卫星轨道变化的主要摄动力,利用STK软件分析寿命末期GEO卫星的运动规律,并给出这类GEO卫星轨道演化的仿真分析流程,用以指导寿命末期GEO卫星的开发应用工作。

锂离子蓄电池组在GEO卫星上的应用

锂离子蓄电池组是继镉镍电池组、氢镍电池组之后的第三代空间储能电源,介绍了锂离子蓄电池组应用于GEO轨道的LAOSAT-1卫星的设计、性能测试与考核、在轨管理策略、在轨运行情况等。

GEO卫星全电推进技术研究及启示

介绍了国外地球静止轨道(GEO)通信卫星典型平台波音卫星系统-702SP(BSS-702SP)的全电推进技术;分析了全电推进平台的优势,包括有效载荷承载率高、整星质量小和发射成本低;从电推进系统、变轨策略和有效载荷运输能力方面介绍了当前的技术水平;给出了发展全电推进通信卫星的几点启示,即加速发展电推进技术和全电推进姿态轨道控制技术,以及辐射防护和长期变轨期间的运行管理技术。

北斗GEO卫星用户算法的改进方法

针对北斗GEO用户算法需要进行5°倾角的坐标旋转处理这一过程,提出了采用经典广播星历参数用户算法直接解算北斗GEO卫星位置的改进方法,并同时给出了相应的基于第二类无奇点根数的广播星历拟合算法。该算法采用第二类无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历参数拟合过程中法化矩阵奇异的问题。从而避免了北斗GEO用户算法中坐标旋转处理过程,减少了GEO用户算法的计算步骤。仿真表明,提出的改进方法在卫星轨道拟合过程中与原算法精度相当;在卫星轨道外推过程中与原算法相比略有精度损失,但仍满足用户导航定位精度的需求。采用实际北斗GEO星历解算的轨道数据验证了改进算法的有效性。

基于北斗GEO卫星反射信号的渤海海冰检测

随着全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)的提出,其在海冰检测领域的应用也越来越广泛。北斗地球同步轨道(GEO)卫星的角速度较小且仰角变化仅有3°~4°,因此在相同观测地点其镜面反射点的空间位置非常稳定,可以提高特定区域海冰检测的时间分辨率。对在中国渤海湾进行的2次岸基海冰检测实验(2015年1月24日和2016年1月30日至2月4日)进行分析,验证了北斗GEO B1反射信号对沿岸海冰进行长时间连续检测的可行性。第1个实验结果显示海冰密集度与2颗GEO卫星C01和C03的极化比值结果具有相关性;第2个实验结果显示3颗GEO卫星C01、C02和C03检测的海冰极化比值与大气温度存在正相关关系,其中C01、C02和C03的极化比值与大气温度的相关值分别为0.61、0.72和0.57。

基于自发自收测距的GEO卫星精密定轨

对于基于伪距测量模式的GEO卫星定轨,需要星地时间同步和站间时间同步的支持,因此卫星钟差和接收机钟差的精度直接制约了GEO卫星的定轨精度。自发自收式测距的观测数据并不含有卫星钟差和接收机钟差信息,定轨解算中避免了钟差精度带来的影响,可以实现GEO卫星的精密定轨。此处采用GEO卫星的自发自收式测距数据进行精密定轨试验,分析和讨论了基于自发自收式测距的GEO卫星精密定轨策略,提出了卫星轨控后轨道快速恢复的定轨策略。试验结果表明:轨道的内符R方向精度为1.615 m,位置精度为11.642 m,定轨残差为0.279 m;轨道恢复1 h后的定轨位置精度优于60 m,恢复6 h后的定轨位置精度优于15 m,定轨残差在0.15 m左右。

基于Kalman滤波的GEO卫星运动学定轨

考虑到GEO卫星实际的运动特点,将常速度模型作为状态方程,用Kalman滤波法对GEO卫星进行运动学定轨。针对无系统误差和有系统误差的情形分别使用单向滤波和双向滤波的方法,其中双向滤波的思想是:先用正向滤波估计系统误差参数,然后将其作为初始值进行反向滤波。模拟算例表明:观测值仅含偶然误差时,单向Kalman滤波法定轨具有较高的精度;但当观测值中含有系统误差时,定轨精度急剧下降,顾及系统误差参数的单向Kalman滤波可在一定程度上削弱系统误差的影响,利用双向Kalman滤波法可进一步削弱系统误差的影响,提高定轨精度。算例还表明Kalman滤波法定轨可较为精确地估计出GEO卫星的运行速度。