基于相对轨道根数计算的测绘卫星单点定位研究

传统测绘卫星定位方法无法获取轨道全面信息,且传统方法忽略了多个测绘卫星并行航行情况,导致出现定位误差的问题。因此,提出一种基于相对轨道根数计算的测绘卫星单点定位方法。采用基于J2摄动模型的卫星轨道根数预测方法,预测卫星所在的轨道六根数,以此掌握卫星所在轨道信息;在此基础之上,通过基于相对轨道根数的卫星单点位置预测方法,预测卫星单点位置与卫星的运行速度,实现测绘卫星单点定位。实验结果验证：所提方法在多个测站位置的N、S、E三个方向的平均定位误差最大值为0.05 m。且所提方法预测近地卫星、中高度卫星、地球同步卫星所在轨道根数时,预测误差均方值均低于0.04;定位三种测绘卫星时,定位误差均方值最大值为0.02。数据表明所提方法可准确预测卫星位置信息,可作为测绘卫星定位的有效工具。     

大气阻力摄动下平均轨道根数在轨实时确定方法

为了满足卫星长期自主运行的任务需求, 本文同时考虑了大气阻力摄动和非球形摄动带谐项两种摄动对卫星平均轨道根数的影响, 提出了采用滤波算法在轨实时估计平均轨道根数的方法. 基于指数大气密度模型推导了大气阻力摄动下平均轨道根数的变化率, 分析了非球形带谐项摄动势函数对平均轨道根数的影响并推导了该影响下平均轨道根数变化率的通用计算方法, 由此建立了滤波状态方程以及以瞬时轨道根数为观测量的量测方程并分析了测量噪声特性; 为减小计算量以便于在轨实现,提出采用基于球形单边Sigma采样的平方根UKF (Unscented Kalman filter)滤波来估计平均轨道根数. 数值仿真结果表明, 该算法有效、精度较高且鲁棒性好, 能够满足卫星长期自主在轨实时计算平均轨道根数的要求.     

两种地影模型中卫星轨道光压摄动比较

柱形地影是讨论卫星光压摄动时最简单的地影模型.为了提高光压摄动定轨精度,给出了方便使用的锥形地影模型,且利用J2000.0地心平赤道坐标系中太阳的平均椭圆轨道根数和Heun算法,对柱形和锥形两种地影模型,就几种不同的中低轨道高度卫星的光压摄动轨道进行了仿真和比较.结果表明,两种地影模型下轨道在5个小时的仿真时间段内,其差在10-9km量级范围,且随着时间的推移,由于光压的持续作用,两种地影模型下计算得到的摄动轨道差越来越大.可见,对中低高度轨道卫星来说,在5小时的时间段内光压摄动解的误差精度要求优于10-9km量级范围以内,特别是轨道高度大于4000kin时,需要考虑使用锥形地影模型.     

轨道根数偏差修正的脉冲控制比较研究

针对研究卫星轨道根数偏差修正的控制问题.以高斯摄动方程和J2摄动下平均轨道偏差与密切轨道偏差的转换关系为理论基础,采用合适的控制策略,通过对密切轨道根数偏差的控制,实现了对平均轨道根数偏差的修正,数值仿真验证了方法的有效性和正确性.结果表明,控制耦合以及轨道根数偏差之间的相互作用等情况会延长轨道偏差修正所需时间,与将平均轨道根数偏差近似成密切轨道根数偏差的方法相比,基于平均轨道根数偏差的修正方法不但具有工程实现方面的简易性,而且具有更高的控制精度和更少的控制燃料消耗.     

卫星自主导航中卡尔曼滤波算法改进与计算机仿真

该文以基于组合大视场星敏感器的卫星自主导航方法为例，建立了在地球非球形下的状态方程，建立了组合大视场星敏感器的观测方程及卫星轨道摄动等数学模型，在状态最优估计周围对模型进行了线性化，滤波过程中将传统的广义卡尔曼滤波的一步预测算法修改为一步初步预测和一步初步预测的校正的滤波算法，在每步的推进计算中对均方矩阵的元素进行了平均值处理，避免舍入误差的积累造成其失去对称性、甚至负定性的可能；通过计算机仿真及结果分析，说明了改进的广义卡尔曼滤波算法对减小采样周期所带来的轨道误差有很好的效果，并使卫星位置和速度的均方差估计趋于稳定，在一定程度上能很好地克服离散误差对轨道估计精度的影响。     

编队卫星相对位置测量信息自主确定月球引力场的方法

针对月球远月面引力场的数据不能直接测量而导致其测量精度不高的问题,提出了一种基于双星编队的月球引力场自主确定方法。该方法考虑到月球引力场对编队卫星相对运动的影响,通过扩展卡尔曼滤波算法对星间距离测量数据的处理,利用观测量的测量值与一步预测测量值之间的偏差来修正一步预测状态值,从而得到状态估计量,即实现了卫星自主定轨以及月球引力场的自主确定。仿真结果表明,根据对编队卫星在7 430s内的相对位置测量数据的处理,卫星轨道位置和速度确定精度分别能达到5.04m和6.07×10~(-3) m/s;月球J2项摄动常数的精度能达到9.14×10~(-8) ;月球引力场常数的精度能达到3.47×10~7 m~3/s~2。此结果能在一定程度上改善现有的月球引力场模型,为我国"嫦娥工程"提供更多的技术资料。     

基于GA-BP神经网络的BDS轨道误差模型研究

在对导航卫星轨道误差数据进行研究时发现,卫星广播星历轨道误差客观存在着一些不确定性的规律现象,针对这一无法用现有确定性模型表示的误差信息,建立了基于遗传算法优化BP神经网络的轨道误差预测模型。利用遗传算法来全局寻优BP神经网络的初始权值与阈值,同时根据广播星历解算出的卫星位置和速度,结合参考时刻及摄动改正项对神经网络进行训练和测试。试验结果表明,上述模型能较好的预测轨道误差,应用该模型进行卫星轨道解算时能有效提高轨道精度,降低轨道误差。     

考虑星历的火卫一邻近区域限制性多体问题建模与分析

火星及其天然卫星火卫一在深空探测领域的重要性日渐显现.由于火星强烈的三体引力摄动,传统二体问题下的受摄开普勒轨道在火卫一的邻近区域无法存在,研究探测器在火卫一邻近区域的轨道运动时,需要建立限制性多体问题模型.为提高现有轨道模型精度,在火卫一本体系建立了一种考虑星历的限制性多体动力学模型.该模型考虑的因素有:考虑真实星历、真实姿态运动与多面体引力势的火卫一引力;考虑J2项的火星三体引力摄动;太阳,地球及木星的三体引力摄动.在保留上述高精度模型主要特征的基础上,为减小数值仿真计算量,对该模型进行简化,提出了考虑火卫一简谐天平动和球谐引力势的椭圆型限制性三体问题模型.在两种模型和现有动力学模型中,对准卫星轨道进行仿真,分析了轨道的形状和星下点轨迹,证实了本文提出的两种模型在轨道设计中的必要性.     

摄动开普勒问题形式化建模与验证

摄动开普勒问题广泛应用于卫星轨道摄动分析,然而卫星轨道摄动分析数学模型的错误将导致灾难性后果.传统的建模与分析方法涉及到矢量代数、旋量代数、复数、四元数等多种不同的代数系统,在各个代数系统相互转换过程中极易引入错误.几何代数方法将多种代数系统统一到相同代数结构中,弥补了传统分析方法的不足.但是基于几何代数的摄动开普勒问题数学模型的正确性并没有通过严格的形式化验证.本文采用高阶逻辑来描述该问题的属性和规范,以公认的逻辑公理和推理规则为基础构建其形式化模型并进行验证,从而最大程度确保数学模型的正确性和分析方法的可靠性.     

基于Cesium的空间目标观测三维可视化平台

为满足测站对空间目标的跟踪测量需求, 针对现有的空间目标观测软件在三维可视化、跨平台能力和操作易用性等方面的不足, 设计开发了基于Cesium的空间目标观测三维可视化平台. 介绍了软件开发框架, 利用两行轨道根数(TLE)和最新的简化常规摄动模型4 (SGP4)进行轨道预报, 结合空间坐标系转换, 实现了空间目标的轨道计算、实时位置动态显示和测站可见性分析的平台功能, 并通过卫星工具包(STK)对平台计算结果进行了验证.应用结果表明, 该可视化软件操作使用方便, 具有良好的跨平台性能, 计算结果满足精度要求, 为软件设计开发的可视化与实用性相结合提供了有益探索.