Lageos卫星激光测距前沿回波数据提取模型及应用

Lageos卫星是专用地球动力学卫星,其卫星激光测距数据质量的提升对地球动力学研究具有重要意义。基于Lageos卫星激光角反射器分布,推导了不同层级角反射器回波与反射深度的关系,建立了Lageos卫星前沿回波数据提取模型,并将其应用于上海天文台卫星激光测距数据预处理,验证了该提取模型生成标准点的数据质量改善情况:内符合实验结果表明采用前沿数据提取模型生成的标准点距离参考线的标准差由337mm减小为050mm;外符合实验结果表明前沿数据提取模型处理结果经过快速精密定轨后反馈的距离偏差均值由28mm减小为21mm。因此,前沿回波数据提取模型所得标准点数据的稳定性和准确性有一定提升,为获得高质量Lageos卫星激光测距数据提供了一种有效的方法。     

北斗卫星全球激光测距观测及数据应用

卫星轨道精确测定是卫星导航系统提供导航服务的基础。北斗卫星导航系统是我国自主研发的新一代卫星导航系统,卫星上均装载了激光反射器,以厘米或毫米级精度卫星激光测距作为北斗卫星精密测轨与微波测量系统的独立外部标校手段。为增强北斗卫星的激光观测能力,上海激光测距站在白天光束监视、望远镜精跟踪、噪声滤波等方面进行了性能改进,在国际激光联测台站中首先实现同步轨道卫星白天激光观测;基于国际激光联测机制,组织国际激光测距站开展北斗卫星全球激光观测实验,获取了28个台站对北斗卫星的激光观测数据,弥补了国内台站地域局限性,为国内卫星获取国外台站观测数据提供了途径。利用全球台站激光观测数据开展了北斗卫星激光独立定轨、广播星历精度检核等研究,并将结果应用于北斗卫星导航系统性能评估。     

基于精密星历的长春站激光测距数据评价及改善

为提升长春站卫星激光测距数据稳定性,从卫星激光测距物理机制及评价指标出发,建立了基于精密星历的数据评价系统,分析了长春站数据的稳定性及外符合精度。根据分析结果,采用前沿半峰（LEHM）剪切算法改进数据预处理方法,降低了卫星形状效应对数据精度和稳定性的影响。分析表明,基于精密星历的数据评价系统与国际卫星激光测距组织（ILRS）数据中心评价结果一致。采用LEHM剪切算法进行数据处理后,长春站Lageos-1卫星数据的标准点精度由4.9 mm提高至3.9 mm,短期稳定性由19.8 mm提高至18.1 mm,长期稳定性由6.2 mm提高至5.4 mm,外符合精度由79.6 mm提高至68.2 mm。改进的数据预处理算法可有效提升数据稳定性及外符合精度,为长春站数据稳定性与精度的进一步提升指出了方向。     

地基激光测距系统观测空间碎片及其探测能力研究

空间碎片高精度测量是提升碎片目标精密监测与预警的重要途径。作为空间碎片地基光电探测技术,激光测距具有高精度测量特性。根据空间碎片激光测距特点以及瞄准国际技术发展,研制高性能高功率激光器、突破高效率激光信号探测等,国内首先建立了60 cm口径空间碎片激光测距系统,实现了碎片目标测量距离从500~2 600 km,目标截面积从小于0.5 m2到大于10 m2,具备了空间碎片常规测量能力。根据空间碎片激光测距方程,结合实际激光回波数据,综合考虑空间碎片过境时段等,构建了地基激光测距系统探测仿真模型,研究了60 cm口径空间碎片激光测距系统探测能力,可对距离1 000 km、直径大于50 cm碎片目标进行观测,与实际测量结果相符,验证了仿真模型的合理性,为未来地基激光测距系统高效运行及测量装备建设与探测效能评估奠定了基础。     

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。     

基于低仰角红外测量的蒙气差修正方法

受大气蒙气差的影响,地基光电望远镜观测得到的星体或飞行器位置和实际位置存在偏差;空间目标的俯仰角越小,蒙气差越大。为了对空间目标进行较为精确的定位,需要对光电望远镜进行蒙气差修正。文中在分析光电望远镜原有的大气蒙气差修正计算模型的基础上,为提高低仰角观测时蒙气差修正精度,采用回扫任务目标轨道附近恒星进行误差修正的方法对回扫得到的蒙气差修正量曲线进行大量实验总结并进行多项式拟合,最终得到针对低仰角长波红外观测的蒙气差修正公式。经过多次实验验证,长波红外系统起跟仰角由10降低至2,目标捕获时间提前50 s以上,可观测飞行器部件分离等关键特征点。实验结果表明文中方法有效降低了低仰角蒙气差修正误差,提高了长波红外系统的跟踪精度和捕获能力,具有实际工程应用价值。     

激光地球动力学卫星

一、准备在1976年发射激光地球动力学卫星美国宇航局的激光地球动力学卫星(Lageos)计划在1976年3月18日发射。这项研究计划要求13个国家进行合作,通过斯密森天文台,在国外设置许多个Lageos卫星的地面移动式激光测距站,用来测量Lageos卫星。在Lageos卫星上装上激光角反射器,以便实现精密的全球测量。测量内容包括:1)测量地球上各点对另一点的相对位置和对地球质量中心的相对位置;2)建立完整的观测系统,设在不同位置的观测     

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.     

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99、11.50分别降至5.94、-3.49 ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。     

一种应用于卫星导航定位系统的SLR系统架构与实现

卫星激光测距(SLR)是一种高精度测量观测点与卫星之间距离的重要方法,它可以为卫星精密定轨和星地时间同步提供高精度观测数据。本文首先介绍了卫星激光测距基本原理,然后从系统架构角度深入分析了用于卫星导航定位系统的激光测距系统的组成和功能,详细阐述了激光测距中光学系统、控制系统等子系统原理及工作过程。最后,按照本文架构实现的激光测距系统给出了实际的测试结果和精度。实验表明,本文提出的激光测距系统具有较高的测量精度,能够满足我国导航定位系统的测距需求。     

GPS‐Based Orbit Determination for KOMPSAT‐5 Satellite

Korea Multi‐Purpose Satellite‐5 (KOMPSAT‐5) is the first satellite in Korea that provides 1 m resolution synthetic aperture radar (SAR) images. Precise orbit determination (POD) using a dual‐frequency IGOR receiver data is performed to conduct high‐resolution SAR images. We suggest orbit determination strategies based on a differential GPS technique. Double‐differenced phase observations are sampled every 30 seconds. A dynamic model approach using an estimation of general empirical acceleration every 6 minutes through a batch least‐squares estimator is applied. The orbit accuracy is validated using real data from GRACE and KOMPSAT‐2 as well as simulated KOMPSAT‐5 data. The POD results using GRACE satellite are adjusted through satellite laser ranging data and compared with publicly available reference orbit data. Operational orbit determination satisfies 5 m root sum square (RSS) in one sigma, and POD meets the orbit accuracy requirements of less than 20 cm and 0.003 cm/s RSS in position and velocity, respectively.     

空间碎片天基光子计数激光探测研究

为了满足空间碎片探测与精确定轨的需求,采用光子计数的高灵敏激光探测方法,讨论了盖革模式下雪崩二极管探测器的光子计数探测基本原理,并建立了引入探测器与空间碎片的相对径向速度的天基光子计数探测模型,进行了空间碎片光子计数激光探测的理论分析和仿真验证。结果表明,在可探测速度范围内,光子计数激光探测技术能有效探测到尺寸为10cm的空间碎片目标,测距平均误差为34.72cm。与传统地基雷达和光电探测手段相比,此技术测距精度能提高3个数量级,可有效降低航天器与空间目标碰撞的概率。     

探月卫星同波束干涉测量技术应用研究

探月工程嫦娥4号中继星任务同时搭载月球轨道微卫星,受地面测控资源分配限制,微卫星的轨道测量由地基S/X频段统一测控(TT&C)系统天线(USB)保障。该文通过分析地月转移轨道段中继星、微卫星相对于跟踪测站的几何构型,依托深空干涉测量系统设计实现对微卫星、中继星的同波束干涉测量(SBI)跟踪;发挥中继星测控资源丰富、轨道精度高的优势,获取了微卫星优于1 ns的测角观测量;并应用于微卫星短弧定轨,统计分析表明定轨精度由2 km提升至优于1 km、预报精度由6 km提升至2 km,为微卫星轨道机动后的快速高精度轨道确定与预报提供了有力支撑。     

基于元数据文件的ZY-3轨道和姿态参数的精确获取

高精度卫星轨道和姿态参数的获取对卫星数据产品的推广应用具有重要意义。对“资源三号”卫星元数据文件（.AUX）的数据格式、参数意义以及量纲进行了深入的研究和分析,拟合得到任意时刻卫星的轨道和姿态参数。对拟合精度的分析表明,“资源三号”卫星轨道运行平稳,利用二次多项式拟合卫星轨道,精度可达到米级,与星上GPS设计的5米测量精度保持了很好的一致性。成像期间,其姿态变化相当稳定。该值可以作为外方位元素的初始值应用于卫星的在轨几何检校与影像的精确定位。     

空间目标红外仿真

本文通过建立空间目标的几何模型,分析了目标的热平衡,计算了目标的热分布以及辐射强度.利用卫星工具包(STK)导出了某在轨卫星的轨道数据,计算了大气对红外辐射的衰减,并仿真了在地基红外探测系统的平台下卫星的红外视景图像.     

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。     

百kHz重复频率卫星激光测距

对卫星激光测距(Satellite Laser Ranging, SLR)回波数与重复频率、脉冲能量及功率关系进行分析,表明单位时间内相同激光回波数,重复频率越高所需激光脉冲能量和平均功率越低;同时对SLR单次测量精度及标准点数据精度进行分析,表明标准点时长内测距点数越多,SLR标准点精度越高。提出点火脉冲群与门控脉冲群收发交替的工作模式,解决超高重复频率后向散射光噪声对激光回波干扰问题。开发多缓冲区存储模式,使测量软件数据实时处理与储存效率提升4~6倍。基于中国科学院上海天文台60 cm口径SLR系统,以快速事件计时器、脉冲群生成器、低噪声单光子探测器等,采用脉冲间隔5 μs、单脉冲能量80 μJ的皮秒激光,收发交替脉冲群模式下实现100 kHz重复频率低轨至高轨卫星的SLR测量,近地星Hy2b标准点精度达到28.55 μm,远地星Galileo218标准点精度达到136.51 μm,为发展更高重频和高精度空间目标激光测距提供了有效方法。     

应用RCS序列估计卫星自旋周期

针对空间探测任务中采用雷达散射截面积(RCS)序列估计卫星旋转周期存在的问题,建立了基于多频段RCS的卫星自旋周期估计分析模型.根据卫星的外推弹道,计算了卫星的可跟踪弧段,推导了自旋模式下卫星本体坐标系下电磁波入射角的计算公式.采用电磁场数值算法快速计算卫星的RCS,通过RCS匹配获得卫星可跟踪弧段的理论RCS序列,研究了自旋周期在RCS序列中的表现形式.仿真分析了雷达频段、采样率及弧段选择对周期估计的影响,结果表明入射角序列相对于垂直于卫星自旋轴方向变化平稳的弧段,RCS序列呈现的周期性特征显著,利用该类弧段进行卫星自旋周期估计可以得到准确的结果,证明该方法可以应用于卫星自旋周期估计.