基于卫星双向时间传递技术的星座自主时间同步与测定轨

1课题意义 随着卫星导航、飞行器编队等航天活动的深入开展,对星座自主时间同步和自主定轨产生了重大需求。在这种需求背景下,本课题开展星问双向时间同步方法的研究,并开展星座自主时间同步和定轨的仿真计算和分析。本课题研究成果对于发展我国卫星导航系统具有重要参考意义。     

JASON-2卫星精密轨道确定：GPS，SLR和DORIS分析

本文针对GPS,SLR和DORIS3种观测手段的定轨问题进行了研究．以JASON-2卫星为例,讨论了GPS,SLR和DORIS的定轨策略、轨道精度评价和轨道叠加问题．并基于2009-01-21—25日实测数据进行了试验．试验结果表明,DORIS定轨结果要优于GPS和SLR;不同的轨道验证方法得到的GPS和SLR轨道的相对精度不同;基于SLR验证和轨道重叠验证的结果定权,综合GPS,SLR和DORIS进行轨道叠加,其叠加轨道的精度是一致的,通过与JPL轨道比较,其径向精度为2cm．     

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.     

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，编制了星栽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，通过对同一历元的现测值进行卫星间求差，消除了星栽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。     

卫星姿态对JASON-2卫星精密定轨影响分析

针对因姿态不稳定性对轨道的影响而难以评估的问题, 详细讨论了卫星的姿态模型, 推导了卫星姿态变化对观测值影响的解析表达式。模拟试验结果表明, 随着姿态不稳定性加剧, 轨道精度随之急剧下降, 另一方面姿态不稳定会随坐标轴不同而对轨道精度产生不同影响。为获得高精度的卫星轨道, 需要卫星姿态稳定性满足一定的要求, 尤其是相位中心偏大的坐标轴方向, 以JASON-2为例, 姿态在轴向变化必须稳定在2°内。基于JASON-2实测姿态计算表明, 该卫星姿态稳定性处在1°左右, 对轨道精度影响为0.036 m。该模拟实验方法为评估姿态稳定性对卫星精密轨道的影响提供了有效的方法。