北斗GEO卫星广播星历的直接拟合算法研究

针对因北斗地球静止轨道(GEO)卫星的小倾角特性,经典全球卫星定位系统(GPS)广播星历拟合算法不能直接应用于北斗GEO卫星这一问题,提出了一种基于无奇点变换的北斗GEO卫星广播星历直接拟合算法.该算法采用一组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拟合过程中法化矩阵奇异的问题;同时,避免了接收机GEO广播星历参数用户算法中坐标旋转的过程,减少了GEO用户算法的计算步骤.经仿真验证:该算法可很好地适用于北斗GEO卫星广播星历拟合,且拟合精度高,完全满足接收机导航定位的精度.但对于圆地球轨道(MEO)和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星,该算法实用性较差,仍须进一步研究和改进.     

机动卫星星座对多目标成像任务规划

在卫星对地观测任务中,需要研究卫星星座的快速机动及任务规划方法。该文研究了机动卫星星座对多目标的成像任务规划算法。提出了单颗太阳同步圆轨道卫星对单个点目标的可见性分析方法,结合解析方法与数值方法,得到目标的可见性,并给出卫星轨道机动及构型返回策略。在对多目标成像任务规划中,生成变轨策略集,并利用遗传算法求解任务规划问题,提高了计算效率。仿真结果表明:该方法准确性高,提高了星座的观测能力和平均目标观测次数。     

STK在卫星轨道机动仿真中的应用

本文在研究和分析卫星轨道机动原理的基础上,针对卫星执行特殊任务的需求,对卫星飞行轨道进行了分析与控制,使其能够根据需求进入目标轨道完成指定的任务,并利用STK分析模块提供的数据信息,进行了卫星变轨仿真的设计与实现,为未来空间机动平台应用能力的进一步研究提供数据支持。     

利用CAPS测距数据确定GEO卫星变轨期间的轨道

为调整轨道或者姿态,卫星每隔一段时间会进行喷气或者动量轮卸载,相当于对卫星产生了附加推力．由于变轨过程的复杂性和变轨加速度测量的不确定性,在一般的定轨过程中,通常是不采用变轨期间的测轨数据．但是在特殊情况下如导航卫星的RDSS服务需要提供不间断的包含变轨弧段在内的连续星历．文中利用高精度高采样率的CAPS测距资料,对某GEO卫星包含变轨弧段在内的6天长弧段进行了定轨分析,着重讨论如何利用变轨期间的遥测数据建立变轨推力模型,并将推力模型加入到定轨的动力学模型中,进行长弧段定轨．研究还表明,即使没有准确的遥测信息,基于CAPS系统的高精度高采样率测轨数据,可以解算推力参数．计算结果表明两种方案均取得了良好的数据拟合效果,变轨弧段的轨道位置误差最大约为20m．     

北斗GEO卫星微动条件下的GNSS-R土壤湿度反演

全球定位系统GPS发射的L波段导航信号源已被用于估测地球表面的土壤湿度,但由于卫星具有一定的重返周期,所以对固定区域土壤湿度反演的性能受到不断变化的星下点轨迹的限制。北斗GEO（geostationary earth orbit）卫星是地球静止轨道卫星,同时又存在着周期性的微动,利用它的反射信号来反演土壤湿度受到其微动特性的影响。针对这个问题,本文研究了利用GEO卫星反射信号功率进行固定区域内土壤湿度反演的可行性。本文首先分析了GEO卫星的微动特征和反射区域的变化;然后采用包络提取和三次多项式插值的方法来恢复SNR的趋势变化规律,以消除因为GEO卫星轻微运动带来的周期性波动和噪声,并且根据现场收集的部分实验数据确定的校准参数值对反射系数进行校正;最后,我们使用测试数据进行土壤湿度反演,得到每半小时固定区域的连续土壤湿度反演值。结果表明,土壤湿度反演值与原位土壤湿度值的变化趋势基本一致,反演的平均绝对误差小于4.63％。可见,BDS GEO卫星信号可以作为GNSS反射计的重要数据来源。     

基于卫星位置与速度的北斗卫星广播星历拟合

提出基于卫星位置与速度的广播星历拟合算法,给出了该拟合算法的计算过程,并对传统坐标拟合算法与坐标+速度拟合算法的拟合精度及外推精度进行比较.结果表明:基于位置+速度的拟合算法是有效的,且与传统坐标拟合算法相比,该算法能显著提高拟合的速度精度,且坐标精度也略有提高.此外,在卫星轨道数据已知历元数较少时,采用坐标+速度拟合算法优势更明显.     

退役GEO通信卫星对改善CAPS系统PDOP的作用

简要介绍了赤道同步轨道（GEO）通信卫星完成既定的通信任务及大部分燃料已被消耗而退役后,在新的卫星轨位控制模式下被调控成为小倾角倾斜同步轨道卫星后的运行特征,并结合转发式中国区域定位系统（CAPS）,通过仿真计算分析讨论了这样的通信卫星用于转发式卫星定位系统后对改善导航定位星座结构,特别是改善PDOP的作用．结果表明,使用小倾角倾斜同步轨道通信卫星可使转发式卫星定位系统仅用GEO通信卫星不能进行三维导航定位的情形发生根本的改变,可实现三维导航定位,并在一定程度上提高系统的导航定位精度;可延缓退役GEO通信卫星退役后废弃成为空间垃圾的时间,使其为导航通信再服务数年,减少了退役GEO通信卫星形成空间垃圾对空间环境的污染,使宝贵的空间资源得以最大限度地利用．对转发式卫星定位系统利用这类卫星的注意事项也提出了一些看法和建议．     

转发式测距和直发式伪距的GEO卫星联合定轨

GEO卫星是区域卫星导航系统空间段的重要组成部分.仿真模拟表明,在星座组网运行时通过差分策略可消除卫星钟差,但对只有GEO在轨运行的单星模式需要引进其他测轨技术才可能获得高精度的GEO轨道和钟差信息.本文提出联合转发式测距和直发式伪距数据的GEO卫星联合定轨和钟差估计方案,克服了转发式跟踪站数量和测距数据有限的问题,实现了对直发式伪距跟踪站星地组合钟差的估计,并且保持了卫星星历与钟差的自洽性.利用我国区域跟踪网对GEO卫星的实测数据进行了联合定轨试验,开展了详细的误差协方差分析说明了转发式和直发式两种测轨技术的贡献,结果表明：转发式测距数据的定轨残差为0.203m,直发式伪距的定轨残差为0.408m.定轨弧段内激光外符视向精度为0.076m,预报2h激光外符视向精度为0.404m,星地钟差估计精度约为1.38ns.对于基于单个转发跟踪站的转发直发联合定轨,激光外符视向精度为0.280m,预报2h激光外符视向精度为0.888m,星地钟差估计精度约为1.55ns.相关指标满足了导航服务的需求.     

GEO与LEO卫星的联合被动定位

GPS的出现给定位技术带来了革命性的进步,但也造成了对GPS系统的依赖,这不利于某些特殊的应用场合。而要建设一个与GPS类似的系统在技术与成本上都还有困难,寻找新的定位方式已经成为必然。在分析了GEO和LEO卫星可能提供的定位形式后,提出了一种综合GEO卫星和LEO卫星的联合被动定位方案。经模拟仿真证实,在平面地球模型下,采用所提方案的普通接收机的定位误差均值为1．5km(典型值),而较为先进的接收机可以达到小于500m(典型值)的定位精度,并给出了较为全面的误差分析。     

重力梯度稳定微小卫星大角度机动最优控制的遗传算法

为满足小卫星设计要求 ,针对重力梯度稳定微小卫星 ,建立了其大角度姿态机动的动力学模型 ,并应用Pontryagin极大值原理进行了最优控制问题的研究。同时 ,将遗传算法引入卫星姿态控制的数值计算中 ,求解最短时间控制问题和能量最优控制问题 ,发展了一种新的最优控制问题的计算方法 ,避免了对迭代初值进行猜测的困难 ,提高了计算效率。以“清华一号”微小卫星为算例进行了数值仿真计算 ,得到了卫星姿态角度和反作用飞轮控制力矩的变化规律     

北斗三号GEO卫星的RDSS定轨精度分析

有源服务模式RDSS(Radio Determination Satellite Service)所具备的通信、导航一体化特性是我国北斗卫星导航系统的重要特色之一.为进一步提高RDSS的通信服务能力,并保障RDSS服务系统的健壮性,北斗三号RDSS服务从系统架构到信号体制都进行了很大改进.本文首先分析了新的信号体制下,RDSS测距在测量模型和观测噪声等方面的误差特性,并比较了其与原有信号体制的不同.为了避免在RNSS(Radio Navigation Satellite Service)载荷故障时RDSS不能正常提供导航服务的情况发生,RDSS系统需要能够仅利用RDSS测距完成GEO测轨,以此作为原有RNSS测轨的备份保障.文章进一步分析了这种情况下,仅利用RDSS测距进行GEO定轨的精度.通过实测数据分析,我们发现其精度可优于10 m,利用该轨道信息的定位、定时精度可以满足服务指标要求.     

轨位偏置的GEO卫星轨道快速恢复技术

北斗系统中轨位资源相对匮乏的GEO卫星需要频繁轨控来保持轨位,其轨控后的轨道快速恢复问题,是制约卫星可用度和系统服务性能的重要因素.GEO卫星静地特性使得难以实现轨道参数与钟参数的有效分离,特别针对轨位偏置GEO卫星该问题更加突出.本文提出了星地钟差支持下的轨道快速恢复技术,通过无线电双向法实现星地时间同步和多星定轨实现高精度站间时间同步,实现了钟差与轨道的有效分离.本文同时提出具有先验约束的降相关方法和基于长弧约束短弧运动学和动力学参数的轨道快速恢复方法,有效解决了监测接收机系统差问题,实现了高精度的轨道快速恢复.基于北斗系统实测数据的试验分析表明:机动后轨道快速恢复时间由24 h缩短为4 h,SLR评估的预报2 h轨道视向精度优于1 m,UERE精度优于1.5 m,有效解决了轨位偏置GEO卫星的轨道快速恢复问题.     

地球圆轨道卫星吸收静止于轨道上物体后的状态

本文讨论了地球卫量一次瞬时吸收物体后的轨道及仍维持圆轨道运行的可能性。     

航天飞机轨道机动系统可靠性研究

针对具有多故障状态的航天飞机轨道机动系统的工作模式,建立了可重构的双重系统模型.应用马尔可夫相关知识研究了该系统的可靠性与安全性问题,给出了此类具有多故障状态系统的故障前平均时间(MTTF)、进入危险性故障状态的累积平均时间(CMTTF|D)的计算方法,根据该计算结果调整相应的参数可以有效地提高航天飞机轨道机动系统的可靠性.     

机动目标的多模型跟踪与预报算法

以文献 [1]所给严格的最小二乘递推 (R2 LS)算法为基础 ,并结合多模型和模型重新初始化技术 ,提出了一种机动目标的多模型跟踪与预报 (MMTP)算法 .由于该算法中的大量运算可离线完成 ,因而极大地减少了在线计算量 ,使得MMTP算法能满足实时要求 .     

基于观测器的挠性卫星姿态机动抗饱和H∞控制

针对存在外部扰动与输入饱和的挠性卫星姿态机动控制问题,给出一种基于观测器的抗饱和H_∞控制方法.根据该挠性卫星姿态系统的结构特征,设计出基于降维观测器的状态反馈H_∞控制器.以此为基础,采用区域极点配置理论进一步改善控制性能指标.此外,在不增加控制系统维数的情况下,通过执行器的输入输出差设计抗饱和补偿器来消除饱和的影响.最后,数值仿真实例验证了文中方法的有效性和优势.     

基于CKF算法的卫星轨道实时预报方法

卫星轨道实时预报常采用EKF方法,但是EKF应用于非线性度较大的系统时精度和效率都不高。CKF算法利用带权重的点对状态量进行估计,用球面积分的方法解决了求函数与高斯随机变量乘积的积分的难题,既不需要对函数进行线性化,也不需要计算Jacobin矩阵。将其应用到轨道的实时预报当中,通过仿真验证,表明基于CKF的卫星轨道实时预报方法对预报精度和速度均有一定程度的提高。     

结构机动分析的机动矩阵方法

本文阐述了机动矩阵、几何不稳定度以及有效与无效联系的概念,提出了一种结构机动分析的新方法——机动矩阵方法,给出了结构几何稳定性的充要判据。文中还讨论了机动矩阵法在求解超静定结构时静定基的选取以及对结构几何不稳定性的改造这两方面的应用。     

一种GNSS广播星历轨道实时改正方法

在最终及快速精密星历时延较长的前提下,提出利用广播星历及对应的超快速精密星历(观测部分)构建轨道误差序列,建立一种基于奇异谱分析(SSA)的全球卫星导航系统(GNSS)广播星历轨道实时改正方法,其目的是通过实时改正广播星历轨道,提高当前广播星历轨道的精度.以GPS卫星广播星历及其对应的超快速精密星历为例,对该方法的可行...     

地球圆轨道卫星吸收静止于轨道上物体后的状态

本文讨论了地球卫星一次瞬时吸收物体后的轨道及仍维持圆轨道运行的可能性．