Jason-1卫星厘米级星载GPS精密定轨

美法合作研制的Jason-1海洋卫星于2001年2月7日在美国加利福尼亚州成功发射, 它接替已经运行了 9 年的Topex/Poseidon(T/P)卫星, 继续对全球海平面进行高精度的实时监测. 海洋卫星的轨道误差, 尤其是径向误差直接影响卫星测高的效果, 为了能与T/P的测高数据很好地衔接, Jason-1卫星径向轨道须达到2.5 cm精度. 本文利用Jason-1卫星星载GPS实测数据, 通过非差动力学定轨方法, 计算了Jason-1卫星2002年12月19日至2003年1月7日两个cycle的轨道, 并利用与JPL计算的精密轨道比较、轨道重叠检验及SLR检核等多种方法全面地分析了本文的定轨结果. 多种比较结果综合表明, Jason-1卫星径向定轨精度可达到1~2 cm.     

海洋二号卫星SLR精密定轨

随着我国第一颗海洋动力环境卫星海洋二号(HY-2)的成功发射并正式投入使用,我国的海洋环境监测与海洋资源探测能力得到了进一步完善和提高.精密轨道跟踪和确定是海洋动力环境卫星的关键技术,也是有效利用包括雷达高度计在内的星载设备观测数据开展海洋科学研究的必备条件.本文介绍了我国首次HY-2卫星激光测距(SLR)国际联测的情况,采用动力学定轨方法,利用6个月的SLR实测数据进行了精密定轨,并通过内符合精度、与DORIS轨道的比较以及站星距检核等方法仔细分析了SLR定轨精度.处理结果表明,HY-2卫星SLR定轨的平均三维位置精度约为12.5cm,径向位置精度好于3cm.这项工作为SLR国际联测及精密定轨在我国对地观测卫星工程中的应用提供了成功范例.     

GRACE卫星非差运动学厘米级定轨

随着IGS精密星历精度以及星载GPS接收机性能的提高, 基于星载GPS载波相位观测值的非差运动学方法不但可以取得与弱化动力学方法(reduced-dynamic method)相当的定轨精度, 而且由于其不依赖于力学模型, 还非常适用于如CHAMP, GRACE和GOCE等轨道极低的地球观测卫星, 因此成为了精密定轨中的研究热点. 详细分析了星载GPS非差运动学定轨误差改正模型及改正方法; 给出了一种改进的星载GPS非差数据质量控制技术以及大型法方程快速求解算法; 自主研发了一套非差运动学精密定轨软件, 并利用软件对GRACE卫星进行了轨道计算. 结果表明: 与JPL提供的事后精密轨道进行比较, GRACE-A卫星单天非差运动学轨道的径向精度为3~4 cm, GRACE-B卫星为3~5 cm.     

天宫一号飞行器失效后激光测距实验分析

天宫一号飞行器于2016年3月终止了数据服务,成为在轨飞行的"空间碎片".其所处的轨道空间,高度约400 km,是天宫二号航天器、国际空间站等载人航天器以及一系列对地测量卫星运行的重要区域.空间碎片对这些航天器的运行构成严重威胁.卫星激光测距是目前空间目标观测手段中精度最高的一种,测量精度可达厘米量级,其高精度的观测结果为碰撞风险评估提供了有力支撑.天宫一号装有角反射器,这为激光测距提供了良好的实验平台.2016年3~5月期间,中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站(7237)和中国科学院上海天文台佘山观测站(7821)以及中国科学院紫金山天文台等单位联合对失效的天宫一号目标进行了激光测距实验,共获得有效数据23圈.通过实测数据处理分析,发现激光观测数据的均方根(RMS)即定轨精度可以达到10 cm.利用卫星激光测距(SLR)精密定轨得到的新根数做轨道预报,两天的预报在地固坐标x,y,z三个分量上的误差约200~300 m,径向误差好于100 m,能够满足激光测距后续观测的要求.本次实验将为天宫二号及其他低轨道航天器的激光测距和精密定轨提供有益的参考和技术支撑.     

非差和单差LEO星载GPS精密定轨探讨

简要介绍了目前LEO星载GPS定轨方法, 在自主研制的SHORD-Ⅲ软件基础上, 重点探讨了LEO星载GPS单差和非差动力学定轨, 通过对GRACE卫星试算和与GFZ事后科学轨道的比较, 表明单差定轨三维位置精度优于15 cm, 径向、沿迹方向和轨道面法向可达5, 10和6 cm精度; 非差定轨三维位置精度优于10 cm, 径向、切向和法向可达4, 8和4 cm精度. 采用高精度的SLR观测外部检核结果表明, SHORD-Ⅲ单差定轨距离精度优于8 cm, 非差定轨距离精度优于6 cm.     

卫星转发器的时延变化

使用转发式测距观测数据对地球静止轨道(Geostationary orbit,GEO)卫星进行精密定轨时,通常认为卫星转发器时延变化很小,可作为常数和卫星轨道一并求解.事实上这个假定有一定误差,影响了GEO卫星定轨精度.为了研究转发器时延对GEO卫星精密定轨精度的影响,本文对站间单差消除卫星转发器时延与非差常数解算转发器时延两种定轨方案进行了对比.结果发现,转发器时延变化对轨道的影响约为1~2 m.在此基础上,固定差分方法解算的轨道及相关参数,使用非差法反演瞬时转发器时延,结果表明转发器时延变化有明显的周日效应.转发器时延变化规律的发现,为建立GEO卫星定轨精确模型、进一步提高GEO卫星精密定轨以及轨道预报精度具有重要价值.     

VLBI 应用于GEO 导航卫星的测定轨

我国区域卫星导航定位系统的星座设计包括了5 颗或更多地球同步卫星, GEO 卫星相对于地面测站的运动较小, 且由于需要维持轨位而必须较频繁地机动轨道, 这两个特点对GEO 导航卫星的精密定轨都提出了新的挑战. 目前已有采用C 波段转发式测距和L 波段直发式伪距测量实现GEO 卫星精密定轨的成功实践. 本文将在探月工程“嫦娥一号”和“嫦娥二号”测定轨中发挥重要作用的VLBI 技术应用于GEO 卫星测定轨, 介绍了VLBI 的测定轨原理和系统差校正方法, VLBI 测量主要约束了GEO 卫星的南北和东西位置分量. 中国VLBI 网(CVN)对某GEO 导航卫星进行了24 h 观测试验, 本文综合利用VLBI 测轨数据和C 波段转发式测距数据进行定轨分析, VLBI 时延测量精度约3.6 ns, 时延率约0.4 ps/s. 分析表明, VLBI 数据提供了对测距数据系统差的标定, 而综合两种类型数据联合定轨可以显著提高卫星机动后轨道快速恢复定轨预报精度.     

上海、西安两SLR站地心坐标和基线长度的精密测定

目前全球激光测距网日臻完善,大部分台站的测距精度已达厘米级。国内的激光测距网正在形成。上海天文台和西安测绘研究所的SLR站,于1984年10月18日至26日实施了国内首次对Lageos卫星的联测,成功地取得了一批资料。我们将这些资料与同期的全球SLR网的资料,用复弧法联合解算,精密测定了上海、西安两SLR站的地心坐标和基线长度,取得了较理想的结果。这些结果可用来检核我国的天文大地网。由于在复弧法中可把地球自转参数与卫星轨道、测站坐标联合解算,这就大大减弱了地球自转参数的误差对测站坐标和基线长度精密测定的影响。     

嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术

嫦娥二号卫星轨道为运载火箭直接将卫星送入地月转移入口点、近月点100km高度月球捕获型轨道.该类型轨道确定及精度评估是测控需要解决的关键问题之一;X波段测量技术实验数据处理方法及精度评估是测定轨中要解决的另一关键问题.本文针对喷气卸载对转移轨道定轨的影响提出了截短观测弧段以提高轨道解算精度的定轨策略,提出了基于入轨轨道与地月转移第一次中途修正量的入轨点精度评估方法,以及基于渐进重叠弧段的近月捕获轨道精度评估方法,在摄动力分析的基础上给出了100km高环月工作轨道月球重力场模型选用策略.给出了深空相位测量数据处理方法,对X波段测距及DOR数据噪声进行了评估.分析表明,文中给出的定轨策略正确、可行,嫦娥二号卫星在地面控制中心的测控下准确进入环月工作轨道;X波段测量数据处理与精度分析方法正确,测速及时延数据噪声降低70%以上,测轨实验数据精度有显著提高.X波段测轨技术与数据处理方法适用于后续深空探测.     

长春卫星激光测距站的性能和观测概况

介绍了中国科学院长春人造卫得观测站的卫星激光测距系统的性能和观测概况，经过几年来的设备更新改造，系统性能有较大提高，观测质量和数量有了质的飞跃，单次测距精度由原来的5－7cm提高到1－2cm，标准点精度达到4－7mm，系统的长期稳定性由4cm提高到1cm以下，观测数量从1000从圈增加到3000圈左右，整体性能已进入国际激光测距网先进行列。     

我国的数字化天顶望远镜样机

经典的光学天体测量技术观测得到的是地方铅垂线在恒星背景上的指向,它受重力场变化的影响,因而可用于垂线变化的测量和研究.这对天文学和地球科学的交叉研究领域具有特殊的意义,非甚长基线干涉测量(VLBI)、激光测距(SLR)等技术所能取代.经典光学的天体测量技术的最大缺陷是观测效率低、多数仪器的自动化程度低、需要的人力较多、有的目视观测的仪器还有观测者的误差,难以降低随机观测误差的影响.为此,我们利用CCD等相关新技术、新器件,研制成功了口镜为20 cm的数字化天顶望远镜样机(digital zenith telescope DZT-1).试观测表明,DZT-1做到高效率,每晚可观测上万个星次,这对抑制随机观测误差的影响,提高观测精度起到很明显的作用.同时DZT-1自动化程度高,甚至可通过遥控实现无人值守观测.同时因其小型化和易于移动,便于垂线偏差的流动测量,适于在地学领域及天文领域推广应用.     

联合多种测高数据确定全球平均海面WHU2000

制定了比较全面的测高数据编辑准则,改善了地球物理改正模型的精度;系统地统一了不同测高数据的基准;研究并实现了多种测高数据区域联合交叉点平差方法,从而提高了Geosat,ERS-1和ERS-2的径向轨道精度;完善了由多种测高数据确定全球平均海面（MSS）的理论与方法;并利用7年的Topex/Posidon（11cycle～249cycle）数据、全部的ERS-1/168数据、52个周期的ERS-2（1cycle～52cycle）数据、44个周期的Geosat/ERM（1cycle～44cycle）数据确定了全球平均海面WHU2000,其格网分辨率为2’×2’,范围为纬度±82°之间,整体精度优于0.05m.将WHU2000MSS与格网分辨率为3.75’×3.75’的CLS_SHOM98.2MSS,3’×3’的GFZMSS95A和3.75’×3.75’的OSU MSS95等全球平均海面进行了比较,所得差值的标准差（STD）分别是0.090,0.237和0.079m.     

风云三号卫星紫外臭氧垂直廓线产品反演试验

新一代极地轨道气象卫星风云三号携带的紫外臭氧垂直探测仪SBUS, 是我国第一次自主研制的卫星臭氧探测仪, 目前正处于在轨测试阶段. 利用现阶段观测数据, 开展臭氧垂直廓线反演试验, 并将观测数据和反演廓线与美国NOAA卫星同类仪器SBUV/2进行了初步对比. 通过太阳辐照度观测、5个短波长通道N-值, 以及反演廓线的比较和分析, 表明我国首次自主研制的风云三号卫星紫外臭氧垂直探测仪SBUS观测数据和反演产品均达到较高精度, 反演廓线与SBUV/2的相对偏差百分率大约为±7%.     

数字化天顶望远镜观测图像及数据处理

中国科学院国家天文台与山东科技大学合作,于2011年底成功研制出了中国第一台数字化天顶望远镜样机(DZT-1).与经典天体测量望远镜相比,DZT-1具有体积小、自动化程度高和测量精度高的优点.可用于经典的天体测量观测和大地测量领域的垂线变化及垂线偏差观测,在天文学及地球科学相关领域具有重要意义.DZT-1的测量原理和方法与经典的照相天顶筒有某些类似,但又有较大区别.本文主要介绍DZT-1观测恒星位置图像及数据的处理原理、方法和过程,介绍利用观测资料实时归算出天文经纬度的应用软件,以及该应用软件的特点和使用方法.最后介绍了该仪器的试观测情况及试观测结果.试观测结果表明,该仪器的单次观测精度可达0.2″~0.3″,单组观测精度为0.07″~0.08″.所编写的数据处理软件满足DZT-1观测图像及数据处理的要求,为仪器的自动化及高精度测量提供了保证.     

分米级精度的人造卫星激光测距仪

一、引言利用巨脉冲激光测量装有后向反射器的人造卫星的距离,是一种十分精密的卫星跟踪技术,它可以精确测定卫星的轨道,同时可以测量地球的运动(地极移动和自转等)和地壳的运动,还可测定地面测站之间的距离。这对于天文地球动力学、大地测量和地震等学科都有重要意义。     

北斗新一代卫星时分体制星间链路测量的系统误差标定

北斗导航卫星系统BDS已在新一代试验卫星星座上成功实现了星间链路(ISL)相互伪距测量.对时分体制Ka频段星间钟差测量实测数据的分析表明,虽然星间钟差测量的随机误差水平达到了10 cm(RMS)水平,但其中仍包含显著的系统性测量误差.该系统误差严重影响了星间链路测量在星间时间同步和提升轨道精度等方面的应用.分析表明,该系统误差来源于星间链路信号收发设备的时延.该时延在地面环境难以标定,且地面标定值在卫星入轨和在轨工作期间受空间环境影响可能发生变化.本文利用BDS星地L双向时频传递设备采集的星地钟差数据,以及星间链路测量数据,对星间链路收发设备的组合时延进行最优估计.估计的具体策略是对任意一个卫星对,利用这两颗卫星的星地钟差数据以及星间链路数据,解算这两颗卫星星间链路设备的组合时延.对2IGSO/2MEO新一代试验卫星星座连续14 d的数据处理结果表明,每天对每颗卫星解算一组星间链路组合时延值,该时延值的时间序列具有较好的稳定性,其在14 d内的标准偏差小于0.3 ns.将获得的组合时延值应用于星间相对钟差的测量,星间链路对地数据测定钟差与星地L双向钟差测量结果得到的钟差具有较好的一致性,证明了组合时延的自洽性.结果表明,星间链路数据对MEO卫星境外弧段钟差预报精度提升尤为明显:钟差监测弧段提升达到全弧段的40%以上;卫星入境后,M1S预报误差从3.59降低至0.86 ns,M2S从1.94降低至0.57 ns.     

在南海南部大纳土纳岛附近存在S2分潮的无潮点吗？

结合TOPEX／Poseidon（T／P）SE星和Jason-1卫星高度计资料，对连续12年多的卫星测高资料，采用调和分析方法计算卫星沿轨各点的潮汐调和常数，根据无潮点周围迟角的变化规律来探讨该海域的S2分潮无潮点存在性问题．结果表明：在大纳土纳岛附近不存在S2分潮的无潮点，而是存在一条驻波的节线，在节线上，S2分潮的振幅接近于零．     

GPS卫星姿态异常及其对精密单点定位估值的影响

当GPS卫星运行至与太阳和地球近似共线时,将经历姿态异常:期间星固系X轴不再保持对日(BLOCKII/IIA卫星)或背日(BLOCKIIR卫星)指向.该异常对于各IGS分析中心生成精密钟差产品和用户实施精密单点定位(PPP)均具有不可忽略的影响.研究表明,各中心在利用姿态异常时期的GPS数据生成钟差产品时,所采用的策略差异可导致IGS联合钟差产品存在问题;而对于PPP用户而言,除钟差问题影响外,卫星姿态异常致使利用标准星固系计算得到的相位缠绕、卫星相位中心偏差改正中存在超过1dm的误差,严重影响了PPP估值精度.介绍的航向姿态模型可有效改善卫星姿态异常时期PPP估值的可靠性.     

2022年泸定MS6.8地震同震形变特征及周边强震危险性

2022年四川泸定6.8级地震发生于鲜水河断裂磨西段,为揭示此次地震的同震形变特征,收集了震中200 km范围内的连续全球定位系统(global positioning system, GPS)测站和震中50 km范围内的强震动数据,进行了高精度处理以提取测站的同震水平位移.此外,还收集了覆盖震中区域的Sentinel和ALOS-2降轨数据,通过干涉差分技术处理并获得了卫星视线向同震形变场.结果显示:水平同震形变呈四象限分布,表明泸定地震的震源机制为左旋走滑;距震中16 km的强震动台站记录到了明显的位移波形,其峰值位移达14 cm、永久变形约为12 cm;合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)显示断层近场30 km×30 km区域具有明显的同震变形,断层西侧卫星视线向最大位移达15 cm,挖角乡附近的局部形变超过15 cm;野外调查推测在“二台子-爱国村”间的断层段发育地表破裂,但从InSAR形变场上难以判定,同震是否破裂到地表仍需详细的野外考察予以确定.反演了川滇块体北东边界主干断裂在泸定地震前的闭锁分...     

2014～2016年El Ni?o期间全球平均海平面的年际变化及全球水循环的贡献

自1993年以来,卫星测高的结果显示全球平均海平面(global mean sea level,GMSL)以3 mm/a左右的平均速率上升,并伴随着明显的年际变化.2002年成功发射的重力卫星(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)通过高精度测量两颗卫星之间的距离变化(微米级精度)反演全球陆地水时空变化,为全球平均海平面变化的成因分析研究提供了观测基础.综合利用卫星测高、GRACE卫星重力、海水温盐Argo浮标数据,详细分析了2010~2016年La Ni?a和El Ni?o期间GMSL年际变化和年际尺度上陆地水的贡献.结果显示,从2010年开始进入La Ni?a到2011年La Ni?a达到鼎盛期GMSL下降了7.6 mm,其中海水质量减少贡献了5.1 mm;2011~2013年GMSL快速上升了19.2 mm,相应海水质量的增加贡献了12.3 mm;2014~2016年强El Ni?o事件使得GMSL上升了15.1 mm,其中海水质量增加对GMSL的贡献达13.6 mm,该时期海水质量变化是GMSL年际变化的主导因素.同时采用卫星重力正演方法(Forward Modelling,FM)分别研究了澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域、北美地区、南极+格陵兰区域的陆地水储量变化,结果表明:2014~2016年El Ni?o期间全球海水质量的增加主要来自于澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域陆地水减少的贡献.