航天测控中导航卫星精密轨道预测方法

本文根据导航定位卫星的运动学特点,介绍了导航卫星在无摄运动下的开普勒轨道根数和开普勒方程,以及导航卫星实际运行时在摄动力作用下的开普勒轨道根数的修正,分析了把导航卫星目标从轨道坐标系转换到航天测控站大地测量极坐标系的过程,并给出了导航卫星的星历计算方法和精密轨道预测的软件实现。     

一种新插值法在卫星导航广播星历中的应用简

导航卫星广播星历是卫星导航定位的基础,要求有较高的精度和实时性.利用广义延拓插值法来拟合GPS导航卫星轨道,插值系数作为广播星历的参数发播,是一种新的广播星历形式.而且具有精度高,计算快捷等特点,另外对于具有其他多种轨道类型共存的导航系统来说也具有一定的参考意义.     

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。     

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。     

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。     

北斗GEO导航卫星广播星历拟合算法设计

本文介绍了北斗 GEO 广播星历参数的最小二乘估计方法，提出了相应的计算过程和计算公式，并给出了部分计算偏导公式。计算结果表明，文中给出的具体计算过程和计算公式是正确的，其拟合精度以特定时间间隔的轨道的误差表示时，RMS 误差精度小于 2cm。     

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。     

GEO卫星对北斗终端定位精度影响仿真分析

北斗导航系统比GPS、GLONASS等其他导航系统多了地球同步轨道(GEO)卫星,GEO卫星信号的调制方式和编码格式和非GEO卫星有着很大的区别,有助于增强导航与定位。文中通过多个GEO和非GEO卫星组合的测试场景,重点仿真分析了在选定的定位精度因子下GEO卫星和非GEO卫星对北斗终端定位精度的影响。结果表明GEO卫星有助于提高定位精度,尤其是当参与定位的卫星数较少时,GEO卫星参与定位可提高20%以上的定位精度。     

星钟/星历完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(User differential range error, UDRE)，来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了 UDRE 的一种改进算法， 建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程，进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度，通过滤波误差估计精度矩阵计算 UDRE，针对基准站对卫星 UDRE 影响因素， 仿真分析基准站高度截止角和数目分布对三种卫星倒 DOP 及 UDRE 的影响，仿真结果表明：基准站的高度截止角选为 15°，基准站数目选择 20 个以上较为合适。     

基于单站北斗的测速技术研究

GNSS测速技术已经在航空重力测量、精细农业等许多领域得到应用。本文首先介绍了测速基本原理,然后对北斗卫星导航定位系统(BDS)广播星历计算地球同步轨道卫星(GEO)位置和速度进行了研究,最后采用实测数据进行实验。实验结果表明:在静态模拟动态模式下,所得结果精度在北/东/高三个方向上分别可达2.6 mm/s,1 mm/s和5 mm/s。     

我国GEO卫星高精度测定轨技术进展

同步轨道卫星在通信、气象、导航定位、对地观测、数据中继等领域应用广泛,对其轨道精度的要求也越来越高。结合国内外卫星系统的高精度测量体制,介绍了我国GEO卫星高精度测定轨技术的2个发展趋势:厘米级高精度多站测距技术和主动CEI测量定轨技术,给出了相应的误差分析、关键技术及解决途径,并介绍了最新试验进展。试验结果表明,给出的2种技术体制均能够实现近10 m量级的GEO卫星实时定轨精度,满足我国GEO卫星的高精度测定轨需求。     

当前GPS卫星星座的空间可见性分析

首先提出GPS卫星空间可见性判断准则．然后，利用国际地球动力学服务(IGS)跟踪站提供的GPS卫星广播星历数据，统计分析0～40000km各个轨道高度层的卫星可见性．结果表明：在当前GPS卫星星座配置下，当飞行器轨道高度小于4000km时，完全能够保证同步跟踪6颗以上卫星，而且平均GDOP值小于2；当轨道高度达到12000km时，同步跟踪4颗以上卫星的时段也能达到50％。最后，给出沿设计弹道的GPS导航定位仿真结果，进一步展示了在中、低轨道的飞行器上使用GPS卫星资源进行导航定位的可行性。     

面向区域的GEO红外预警卫星部署研究

面向区域的地球同步轨道(GEO)红外预警卫星能为特定区域反导作战提供及时可靠的预警信息,想定了预警区域的经纬度范围,提出以空域覆盖性能和定位精度为性能准则部署GEO预警卫星。首先基于GEO卫星对地覆盖模型建立了卫星空域覆盖性能模型;然后分析GEO卫星与特定预警区域的空间几何关系,以几何精度衰减因子(GDOP)为定位精度衡量指标,建立了GEO星座对预警区域的定位精度模型;最后通过仿真综合分析了不同卫星部署方式对空域覆盖性能和定位精度的影响,给出了面向区域的GEO红外预警卫星部署的指导性结论。     

GEO区域覆盖卫星移动通信系统及其关键技术

简要介绍了卫星移动通信系统在国内外的发展现状,通过对GEO轨道和中低轨道的比较分析体现GEO轨道系统在区域性卫星移动通信中的优势,对GEO区域覆盖卫星移动通信系统中涉及的关键技术——星上处理进行了详细的分析,并简要介绍了天线技术。     

CAPS卫星导航系统定位精度分析方法研究

卫星导航系统的定位精度主要受伪距测量的精度和卫星的空间几何分布两方面的影响.GPs等相同轨道分布的卫星导航系统一般采用DOP(几何精度因子)来分析定位精度.我国的转发式卫星导航定位系统CAPS是由GEO商用通信卫星以及一定数量的倾斜轨道通信卫星(IGSO)组成的混合星座导航系统,转发地面控制站信号,实现导航定位等功能.由于不同轨道卫星轨道误差不同,用户得到的卫星轨位精度和测量伪距精度也不相同,因此定位精度计算时必须考虑这种差异.本文引入加权几何精度因子(WDOP)的概念,对CAPS的定位精度进行了分析.通过仿真实验可以看出,由加权几何精度因子计算所得的定位精度能更真实地描述定位精度状况.     

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。     

GEO卫星机会源近岸海面高度测量性能评估

基于同步地球轨道（Geostationary Earth Orbit, GEO）卫星的机会源技术已被证明其在近岸海面高度测量中的应用潜力,但目前研究主要围绕可行性论证展开,极少开展全方位的测量性能评估.为此,从仿真和试验两个角度评估了信号带宽、非相干累加次数、信噪比及波形峰值跟踪算法对GEO卫星机会源海面测高性能的影响.评估结果表明当非相干累加次数和信噪比大于最优非相干累加次数和最优信噪比时,测高性能将不再显著提升.因此,通过选择最优非相干累加次数,以及设计合理的接收天线增益、射频增益及接收机带宽使信噪比大于最优信噪比对GEO卫星机会源海面测高至关重要.通过对比插值和拟合两种波形跟踪算法发现拟合法能提供比插值法更高的测量精度.利用北斗B3I信号和ASTRA 19.2 E卫星信号开展GEO卫星海面测高的试验评估.试验结果表明：在非相干累加次数大于10 000、信噪比大于7 dB时,北斗B3I信号和ASTRA 19.2 E卫星信号可分别提供精度约为0.20 m和0.10 m的海面高度.针对GEO卫星多频或多通道传输特点,提出了基于信号频谱合成提高海面测高精度的方法 .当利用中卫1号卫星10...     

同步卫星位置的外推算法应用

在同步卫星测距定位系统中，星历发布整分点的卫星位置和速度。本文利用卫星动力学方程，用线性或龙格－库塔法外推，得到测距时卫星的位置，结合该星历发布的实际数据，在星历数据未丢失和丢失时，比较了两种外推方法的精度，并研究了外推步长和各种引力因素对卫星位置外推精度的影响。     

GEO多波束卫星移动通信系统多址方式选择的研究

简要介绍了卫星移动通信系统的发展及分类,对影响静止轨道（GEO）卫星通信系统用户共享有限通信资源和有效利用卫星链路资源的多址接入方式进行了分析。主要从有效容量、实际应用和具体实现角度考虑分析比较,得到在GEO卫星通信系统中采用TDMA多址方式优于CDMA多址方式的结论。最后探讨了我国GEO卫星移动通信系统的现状和发展方向。     

GPS历书与星历相结合的完整星座预测方法

针对用GPS历书预测卫星位置精度不高的问题,分析了历书和星历参数之间的差别,重点研究了卫星位置预测的算法,提出了历书和星历相结合预测可视范围内完整星座的方法,在此基础上对不同时间点的卫星位置进行了预测仿真。结果表明,采用历书和星历相结合的方法预测卫星位置,可以局部提高可见卫星的位置精度。该方法能满足对卫星位置预测精度有一定要求的GPS应用。