基于地面人工标志的卫星在轨几何定标方法研究

高分辨遥感卫星影像像点量测精度对卫星在轨几何检校具有重要意义。为了提高“资源三号”卫星影像像点量测精度,设计了四种可移动式高低反射率地面人工标志。利用在轨试验验证和多种像点量测方法,确定了方形十字对顶角标志能够兼顾到标志的最小尺寸与最佳图案的设计要求。该标志具有良好的光学特性和理化特性,对野外环境有很强的适应性。在轨试验结果表明,这种标志可以应用于当前高分辨、三线阵相机影像的像点量测,满足“资源三号”卫星在轨几何检校对预定的0.15像素量测精度的要求。     

星载SAR成像对卫星姿态控制精度的要求

详细地论述了椭圆轨道条件下星载SAR目标的多普勒特性,推导了卫星姿态变化下多普勒参数的表达式,证明了卫星姿态变化对星载SAR成像的影响.理论分析与仿真结果表明卫星轨道近似与姿态变化对星载SAR成像有较大影响,应根据不同的成像精度提出不同的卫星控制精度.     

参考系选择对广播星历拟合精度的影响

通过对MEO、IGSO、GEO三类导航卫星广播星历的开普勒轨道根数拟合法和拟合精度的分析研究，提出了简化GEO卫星星历拟合和用户算法的新方法，并根据不同卫星的星历拟合算例分析，得出以下主要结论：开普勒轨道根数拟合广播星历的方法，能很好吸收坐标变换过程中岁差、章动、极移、地球自转等因素对卫星星历拟合精度的影响，卫星广播星历拟合的楠度，主要取决于参数拟合采用的形式是否与卫星受到的摄动力表现形式相吻合．     

基于卫星激光测距的Jason-2卫星定轨光压参数对轨道精度的影响北大核心CSCD

光压摄动模型是卫星动力学模型的主要误差源之一,定轨时是否考虑光压参数将影响轨道估计精度。在光压摄动的理论基础上,采用统计定轨方法,利用全球8个卫星激光测距(SLR)站观测值,对Jason-2卫星进行动力学定轨。采用内符合精度、外符合精度和重叠弧段比较三种评估手段,定量分析光压参数估计与否对轨道精度的影响。结果表明:三天估计一组光压参数计算的卫星轨道比不估计光压参数计算的卫星轨道的精度更高,且估计的轨道参数变化更平稳。     

卫星姿态对星载SAR多普勒参数的影响

通过对SAR卫星运动的分析,推导出椭圆轨道星载SAR考虑姿态角（横滚、俯仰、偏航）的多普勒性质的表达式.讨论了卫星姿态角对多普勒性质的影响.并就卫星姿态对星载SAR多普勒参数的影响进行了仿真试验,理论和仿真结果表明卫星姿态对星载SAR多普勒参数有较大的影响.     

卫星联合定轨的参数化融合模型

 针对基于双星定位系统的近地卫星的多星高精度联合定轨问题,首先建立了不同轨道高度的卫星动力学的物理参数模型与基于稀疏参数表示和时间序列分析的数学模型相结合的轨道动力学高精度表示模型,然后建立了基于测量系统误差参数建模和模型误差非参数分量表示相结合的非线性半参数联合观测模型,在此基础上建立了联合定轨的参数化融合模型,设计了联合定轨参数化融合模型的非线性半参数联合估计算法.理论分析和仿真计算结果表明,卫星轨道动力学模型的高精度表示方法能够进一步提高动力学模型的表示精度,非线性半参数联合观测模型优化建模方法能够进一步细化观测模型,而基于此设计的参数化融合模型的联合估计算法能够使最终的卫星联合定轨精度得到较大程度的改善.     

卫星总体参数对SAR多普勒参数影响分析及仿真研究

该文从星载合成孔径雷达(SAR)空间几何关系出发,建立了星载SAR多普勒参数的表达式。在考虑地球自转和扁率的情况下,分析了轨道摄动、卫星姿态指向误差和稳定度对SAR多普勒参数的影响,并进行了数字仿真。分析仿真结果表明轨道摄动是造成星载SAR多普勒参数误差的主要因素;姿态稳定度的提高在减小多普勒参数误差变化频率的同时可以使误差量降低。该文的研究结果对于分析总体参数对图像质量的影响和卫星总体参数的确定和设计优化具有参考价值。     

卫星姿态对星载SAR成象的影响

本文从卫星与地面目标之间的空间几何关系出发推导了多普勒参数(多普勒中心频率和多普勒调频率)与卫星轨道参数和姿态参数的关系式,并与从雷达信号中提取的参数值进行了比较;分析了各参数误差的灵敏度;提出了卫星姿态角误差分配原理。最后分析了由已知的多普勒中心频率反算姿态参数的可行性。     

低轨卫星广播星历参数设计

导航增强卫星从高轨拓展到低轨(Low Earth Orbit,LEO),需要针对低轨卫星设计可靠的广播星历参数模型。传统的广播星历主要针对中高轨卫星设计,如果直接用于受摄动力更复杂的LEO卫星,星历拟合的URE精度难以达到要求。针对低轨卫星的受力特性,在ECEF坐标系内分别利用多项式和多项式+周期项2种方案来进行经验力(除地球扁率以外的摄动力)建模,设计了2种基于轨道列表型的16参数广播星历参数模型;将拟合时间设定为卫星的地面最大可见时间,以减少用户更新星历频率。300～1 500 km高度的轨道拟合实验表明,利用多项式+周期项建立经验力的16参数星历拟合精度更高,其R/T/N三个方向拟合误差分别优于10/10/3 cm,URE优于9 cm。     

卫星姿态导引对Geo-SAR 观测特性影响的分析

卫星姿态导引技术被广泛应用于现有的低轨星载SAR 系统之中,目的在于减轻接收数据中距离/方位向耦合。该文深入分析了卫星姿态导引对地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, Geo-SAR)的多普勒参数、测绘带宽以及距离徙动的影响,对比了Geo-SAR 的3 种姿态导引方式的效果。通过仿真验证了Geo-SAR 进行姿态导引的必要性,表明了基于椭圆轨道的2 维导引方法对于Geo-SAR 是最有效的。      

APOSOS光电望远镜空间目标观测精度分析

利用内符合精度和外符合精度两种精度判定方法,对国内首台基于APOSOS亚太地基光学空间物体观测系统）项目安装在国外的15 cm地基空间碎片光电观测望远镜获得的观测数据进行了观测精度计算分析。经过计算分析,得到内符合精度在5左右;利用全球激光测距服务系统提供的综合激光测距数据格式标准点资料对Lageos1、Lageos2和Ajisai卫星进行精密定轨,进而获得这些卫星的精密轨道,并以此精密轨道作为APOSOS 15 cm光电望远镜观测数据外符合精度的评定依据,得到外符合精度大约在6左右。计算分析结果表明:系统的观测精度较高,达到了设计指标,能够满足科研和工程应用的需要。     

面向小倾角近圆低轨卫星的DBF波束指向角研究

研究了DBF开环跟踪过程中面向小倾角近圆低轨卫星的波束指向角问题,为避免采用数据拟合进行轨道预测出现的奇点问题,文中引入改进的第二类无奇点根数代替经典开普勒根数,将地心惯性坐标系下的卫星位置速度转化为瞬时轨道根数。采用最小二乘法拟合得到平均轨道根数,以此为参数计算出航天器和中继星的位置,并给出了DBF波束指向角的计算流程。仿真结果验证了文中算法的正确性和有效性。     

对地观测星载激光测高系统高程误差分析

星载激光测高系统通过接收卫星平台激光器发出的激光脉冲经地表反射的微弱回波,计算卫星与地表的距离;结合卫星轨道和姿态数据,生成激光脚点精确地理位置和高程结果.其高程误差主要受器件、环境和目标参数影响,目前还没有完整描述对地观测星载激光测高系统平面和高程误差的数学模型.简化并完善了针对固体地表的激光测距误差模型,建立了完整的激光脚点平面和高程误差模型.利用高程精度和空间分辨率更高的机载Lidar数据评估了星载激光测高系统GLAS实测数据的高程偏差,评估结果符合所建误差模型.在较平坦的冰盖表面,GLAS系统高程精度可以达到设计值约15 cm.研究内容对测高系统高程误差评估和系统参数设计具有参考意义.     

带摄动力拟合的低轨卫星实时定轨STCKF算法

针对低轨卫星实时定轨过程中滤波初值及轨道模型不精确导致定轨精度降低的问题, 提出一种带摄动力拟合的强跟踪容积卡尔曼滤波(Strong Tracking Cubature Kalman Filter, STCKF)算法.通过强跟踪滤波(Strong Tracking Filter, STF)的等价表示计算次优渐消因子以在线实时调整增益矩阵, 强迫残差序列相互正交, 有效降低了对初始状态的敏感性.使用欧拉预测校正法对带J₂项摄动的轨道动力学方程进行离散, 用多项式拟合函数表示其余摄动力以提高模型精度.仿真结果表明, 带摄动力拟合的STCKF算法可以有效提高实时定轨精度, 并且降低了定轨精度对滤波初值的依赖.     

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点， 高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题， 分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP 值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型，构建星间测距链路，对高轨卫星的可见性进行了仿真分析，结果表明当星载接收机功率为-177 dBw 时，可见星数能达到 4 颗以上，能满足定轨需求；然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真，DOP 值的均值为 15.657 8；最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析，仿真的多普勒范围为±14 kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。     

低轨近圆轨道根数变化特征的一种分析方法

低轨近圆轨道卫星运行周期短，所受摄动力影响大，轨道变化复杂，但在短期内轨道根数的主要变化特性比较简单，主要分为多项式和周期项两部分，这样就可以建立简单的数学模型，进行轨道拟合和预报，从而避免了复杂的摄动模型的求解。研究工作针对某一实际型号的轨道数据，对该卫星轨道第一类无奇点根数进行频谱分析，数学模型的建立，用最小二乘法对数学模型中的参数进行求解。计算结果表明，对低轨近圆轨道根数变化特征的分析正确，轨道根数数学模型简单，拟合结果较好，支持短时间预报，该方法可用于星载 GPS 定位结果的平滑和预报。     

基于星间激光测距的高轨卫星定位技术研究

针对传统的高轨卫星定位技术存在定位精度低的问题,提出了基于基于星间激光测距的高轨卫星定位技术。在高轨卫星飞行器上安装低噪声激光探测器,借助激光探测器、发射机以及接收器构建星间通信链路,分析接收天线的接收功率与发射天线的发射功率之间的关系,通过激光脉冲传输空间测距与高轨卫星信号捕获接收功率和发射功率获得定位初始数据;再分析星间相对运动和修正电离层误差,得到定位数据的精确解算融合结果。选取精度因子DOP作为评判高轨卫星定位技术的参数,通过仿真实验发现高轨卫星定位技术比传统定位技术的平均DOP值高2.89,由此证明所提定位技术的定位精度更高。