Passive Orbit Measurement of Geosynchronous Satellite Based on Four-station's Time Difference of Arrival

基于卫星通信信号的多站时差测轨是一种重要的新型无源测轨方法,分析其定轨精度对系统应用具有重要意义.介绍了四站时差测轨原理与系统组成,提出了基于四站时差测量数据的自校准统计定轨策略,采用计算机仿真了同步轨道卫星的统计定轨精度.仿真结果表明:当无系统误差时,24h观测数据统计定轨位置误差约为11m,预报1周位置误差约100 m;当存在系统误差时,可用自校准方法同步估计系统误差,系统误差估计精度约为4m,位置误差约为120 m,预报1周的位置误差约为200 m.     

基于锚固站的UT1-UTC预报误差抑制技术

针对导航星座自主定轨中的UT1-UTC预报误差,分析了其对星座定轨的影响,并对预报精度进行了仿真;给出了基于锚固站的定轨算法,并使用Walker12/3/1星座进行了仿真。结果表明:UT1-UTC预报误差对星座定轨精度影响较大,107 ms的预报误差将引入168m的星座位置误差;引入锚固站后,这一影响被有效抑制,抑制效果随锚固站测量精度的提高而增强。     

系统差及南纬站对GEO多站测距定轨精度的影响分析

在基于多站测距的GEO卫星定轨中,为了提高卫星的定轨精度,通过仿真分析了测距系统差对定轨精度的影响。阐述了GEO卫星多站测距定轨的原理,分析了系统差的误差源及其修正精度,分析表明系统差综合修正误差在2 m左右;定轨仿真分析了系统差及南纬站对GEO卫星定轨精度的影响。实验结果表明,系统差主要影响GEO卫星切向和外法向定轨精度,南纬站的加入对改善外法向定轨精度作用显著。     

基于双星定位系统的近地卫星联合定轨建模及精度分析

通过对基于双星定位系统的近地卫星联合定轨测量模式的分析,建立了基于距离和观测数据的联合定轨模型,构建了一种有效的系统误差参数估计方法,设计了一种基于数值融合法的联合定轨算法.仿真计算结果表明,联合定轨方式可以较好地抑制静地卫星星历误差对近地卫星定轨精度的影响,两天观测数据下近地卫星定轨精度可以达到11.26米,验证了本文所提出的系统误差估计方法及数值融合实现算法的有效性.     

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。     

空间碎片精密测角和测距仿真数据定轨性能分析

目前空间碎片精密跟踪数据可以通过光学测角和激光测距两种手段获取。文中旨在通过大量的仿真实验来分析上述两种手段获取的数据对碎片定轨及预报性能的影响,以期根据各自的特点更好地利用稀缺的数据资源。首先利用了2015年1月Starlette和Larets卫星CPF精密预报轨道作为参考轨道,仿真生成基于国内区域内4个观测站精度1的测角数据和精度1 m的测距数据,然后,利用仿真数据生成单站和双站算例并进行定轨,得到完整弧段及部分弧段的测角、测距数据定轨预报结果。结果表明:在上述观测数据精度基础上,测角数据较测距数据在定轨中的表现更加稳定,将完整通过弧段缩短至90 s时,约75%的角度定轨算例的短期(1~2天)预报轨道仍能够满足20精度要求。实验结果同时表明:单站、双站定轨预报误差分布相似。     

卫星入轨段多源测轨数据融合定轨的加权方法

针对卫星发射入轨段遥外测多种不等精度、不同类型的测轨数据放在一起定轨时的合理加权问题,采用基于微分轨道改进基本原理,推导得到适用于不同类测轨数据联合定轨的动力学条件方程,提出了依据不同测量数据均方差确定该测量元素对应的动力学条件方程权重的方法。仿真验算和实战数据检验表明,该方法充分发挥了分布于各种测轨数据中的高精度测元的作用,融合后的定轨精度得到显著提高。     

提高航天测量船定轨精度的途径

在“神舟”任务中,航天测量船的定轨精度直接影响着整个地面测控系统的完成质量。 在分析研究测量船误差源对近地近圆轨道确定影响的基础上,提出了提高海上定轨精度急需 解决的问题及研究方向,建立了测速数据的船姿船速修正模型,设计了自适应信息检测 算法,实现了测量船复杂误差的精确仿真并基于次序统计量研究了初轨根数的选优问题。这 些技术的应用使初轨计算半长轴外符合精度提高了3倍,为提高测量船定轨精度发挥了重 要作用。     

基于扩展Kalman滤波算法实现定轨

在只考虑重力场作用和大气阻力作用的情况下,建立卫星简化动力学模型。研究基于扩展Kalman滤波的星载GPS定轨,根据GPS观测数据结合简化动力学对卫星状态进行最优估计。在J2000坐标系下,使用STK软件模拟的轨道数据进行定轨仿真。结果表明,该算法能够大幅度提高定轨位置和速度的精度。     

基于径向运动信息的单星对星快速无源定轨跟踪方法研究

在单星对星无源定轨跟踪中,传统的测角类定位方法存在精度低、收敛时间过长等问题.根据目标卫星与观测卫星之间存在剧烈相对运动的特点,将径向速度和离心加速度等径向运动信息引入单星对星无源定轨系统.推导利用径向运动信息的定轨原理,导出适当的状态预测方程及其对应的状态转移矩阵,提出一种基于径向运动信息的单星对星无源定轨跟踪方法.仿真实例表明,与测角类定轨方法相比,该方法较具有更高的估计精度,且收敛速度有很大的改善,可以实现快速定轨,另外计算耗时相当.     

无源时差定位方程的半定松弛解法

针对基于到达时差量测的多站无源定位系统,提出了一种基于半定松弛的时差定位方程求解方法.该方法首先将关于目标位置估计的非凸二次优化问题转换成等价的非凸半定规划问题,然后通过秩1松弛得到一个凸优化问题,最后对松弛半定规划问题的最优解进行秩1近似,从而提取出最终的目标位置估计.计算机仿真结果表明这种松弛解法可以有效求解目标位置.     

基于UKF的星载GNSS地球静止卫星定轨算法

针对星载GNSS接收机的采样间隔较长以及EKF处理非线性问题会引入线性化误差的问题,提出了利用UKF进行GEO星定轨计算的方法。依照GEO轨道动力学特性建立了状态模型,并对星载接收机进行了可见性分析,将UKF算法应用于接收机输出信息的处理。仿真结果表明该算法比EKF更适用于定轨计算,尤其当因采样间隔较长而使得系统非线性较强时,仍可保证定轨结果拥有较高的精度。     

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.     

一种单星对同步轨道卫星的仅测角定位跟踪算法

针对中低轨卫星对同步轨道卫星定位时存在的可观测时间短等限制,结合同步轨道卫星轨道的特点,利用测角信息计算出距离信息。将距离信息与测角信息一起建立新的测量方程,进而提出一种新的基于J2000.0惯性系的单颗中低轨卫星对同步轨道卫星的扩展卡尔曼仅测角被动跟踪定轨方法,并对测量方程的变量和坐标转换给出了明确定义。仿真结果表明,该算法实现了单颗中低轨卫星对同步轨道卫星的仅测角被动跟踪定轨,若已获得被测星的先验知识,该算法收敛时间优于未引入距离信息的常规算法。     

SVD-ACKF算法在光电经纬仪实时定轨中的应用

对光电经纬仪量测噪声统计特性未知或不精确导致实时定轨精度降低甚至发散的问题,设计了基于奇异值分解的自适应容积卡尔曼滤波（SVD-ACKF）算法。首先,利用Sage-Husa极大后验估计器及其改进形式对噪声统计特性进行在线估计,使得CKF算法具有应对噪声变化的自适应能力,并使用SVD代替传统Cholesky分解以提高数值计算的稳定性。然后,阐述了实时定轨数学模型,提出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。仿真实验表明:欧拉预测校正法将轨道动力学方程的离散精度提高了1 970.411 m。在量测噪声协方差矩阵取值恶劣时,SVD-ACKF算法将实时定轨精度维持在43 m左右,并且具有更好的数值稳定性。     

空间监视雷达高精度实时目标定轨方法

地基空间监视雷达肩负着新目标发现、编目维持、空间事件监视等太空态势实时感知任务。在太空态势实时感知任务中,必须对空间目标进行实时高精度目标定轨。这类任务对实时性和精度要求都很高,传统方法难以满足任务需求。例如,传统的空间目标定轨算法为事后处理,为达到任务的精度要求需要积累多天多圈数据,不能满足此类任务的实时性要求。而传统的雷达目标跟踪滤波算法仅支持单弧段,其精度无法达到应用要求。为此,本文提出了基于高精度空间目标轨道模型和空间目标轨道预报误差协方差传播理论的不敏卡尔曼滤波（UKF）。该方法采用高精度空间目标轨道模型,支持多装备多弧段雷达观测数据,可以很好地解决多弧段滤波中断导致协方差不匹配的问题。根据仿真实验,跟踪三圈后,实时定轨的目标位置精度可以达到百米级,速度精度达到分米级。     

基于通信转发器的扩频测距技术

针对航天器测控中利用卫星通信转发器实现多站测距进行可行性分析,在扩频测距帧测距原理的基础上,研究利用卫星转发器对上行测距信号变频转发来实现对星测距,同时对卫星工程测控与应用系统之间上下行链路功率分配、标校方法、地面测量设备组成原理等关键技术进行分析论述。该测距方案突破了传统多站测距时受卫星应答机配置数量的限制条件,实现多站同时测距后,可以提高测距精度和定轨精度,降低对设备测角精度的要求,减少测轨时间,有效缓解测控设备资源紧张的状况,同时该测距方式还可作为应答方式侧音测距的有效技术备份手段。     

一种基于TDOA的多天线联合测角算法

针对分布式多天线系统中传统测角方法存在测量精度偏低、宽带信号不适用等问题,提出了一种基于时延差（Time Difference of Arrival,TDOA）测量的多天线二维测角算法。该算法基于最小二乘原理,综合利用多基线测量结果进行迭代计算,有效提高了估计精度,且无需解模糊。推导了算法的克拉美罗界(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)与均方根误差表达式,讨论了算法的测角性能。当天线数为7、天线间距100 m、时延估计精度优于10 μs时,测角精度接近CRLB,方位角精度优于3°,俯仰角精度优于4°。算法复杂度适中,能够应用到多天线无源侦察、空间目标跟踪等应用中。     

船载雷达动态滞后误差修正定轨结果变差问题分析

针对测量船在某型号任务中雷达测量数据在修正动态滞后误差后定轨结果变差的问题,阐述了动态滞后误差产生的原因及误差特性,分析了全球定位系统(Global Positioning System,GPS)数据标定定向灵敏度、轴系参数等对定轨结果的影响,梳理了历次任务数据处理情况,通过对测量数据与GPS数据的系统误差、随机误差比对残差分析,逐项排查问题,定位了雷达测量数据在修正动态滞后误差后定轨结果一致性变差的原因,为后续任务动态滞后误差修正提供了依据。     

基于准确状态模型的单星对星测角和测频无源定轨方法

在星对星无源定轨跟踪中,由于卫星运动方程的非线性和隐函数特性,如何建立适合递推滤波的状态预测方程和状态转移矩阵是个首要的问题.根据目标星与观测星相对速度很大的特点,在角度观测之外引入频率观测,然后根据卫星运动的动力学和几何学条件,推导准确的状态预测方程及其对应的状态转移矩阵,并给出了相应的计算方法.结合EKF滤波算法,提出了一种新的基于准确状态预测模型的单星对星测角和测频无源定轨跟踪方法.仿真实例表明,该方法定位性能较仅测角定位法有很大程度改善;且与已有的基于近似状态预测模型的利用角度和频率信息的定轨方法相比,本文方法亦具有更高的估计精度和更快的收敛速度,且两者计箅耗时相当.