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导航卫星太阳辐射压模型研究进展

地球科学进展 2015年第4期30卷 495-504页

作者：武子谦宋淑丽周伟莉朱文耀中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049

由于难以精确模制,太阳辐射压摄动已经成为导航卫星精密定轨的主要误差源。因此,为了提高导航卫星的定轨精度,必须对太阳辐射压进行精确建模。随着我国北斗卫星导航系统的稳定运行,开发适用于北斗卫星的太阳辐射压模型已经成为一个研究... 详细信息

由于难以精确模制,太阳辐射压摄动已经成为导航卫星精密定轨的主要误差源。因此,为了提高导航卫星的定轨精度,必须对太阳辐射压进行精确建模。随着我国北斗卫星导航系统的稳定运行,开发适用于北斗卫星的太阳辐射压模型已经成为一个研究热点。通过回顾国内外近几十年的太阳辐射压模型研究成果,详细介绍了几种常用的太阳辐射压模型,对其建模原理以及模型的优缺点进行了分析,并介绍了北斗卫星太阳辐射压建模的研究现状,为我国北斗卫星导航系统的太阳辐射压建模提供借鉴。

关键词：太阳辐射压太阳辐射压模型精密定轨

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高轨卫星的太阳辐射压模型建立

高轨卫星的太阳辐射压模型建立

第五届中国卫星导航学术年会

作者：赵群河王小亚何冰胡小工中国科学院上海天文台中国科学院研究生院

对于高度在200006000km的高轨卫星的精密轨道确定,太阳辐射压摄动由于受卫星姿态及卫星表面材料特征影响难以精确模制,成为卫星定轨和轨道预报最重要的误差源。太阳辐射压对卫星产生的摄动加速度与太阳的辐射强度、卫星的受照面积、受... 详细信息

对于高度在200006000km的高轨卫星的精密轨道确定,太阳辐射压摄动由于受卫星姿态及卫星表面材料特征影响难以精确模制,成为卫星定轨和轨道预报最重要的误差源。太阳辐射压对卫星产生的摄动加速度与太阳的辐射强度、卫星的受照面积、受照面与太阳光的几何关系、受照面的吸收和反射特性等因素相关。本文介绍了一种新的建立太阳辐射压摄动模型的方法,该方法利用辐射转移理论,运用相应的物理概念,不同程度的简化卫星本体的构型,通过对太阳辐射场强和辐射流量的计算来求出太阳辐射压摄动,加入锥形地影因子,建立了盒翼形状和精细化结构的理论太阳辐射压模型,并用GPSBlockIIF(PRN1,24,25,27)4颗卫星的观测数据的定轨结果得到了验证。结果表明,与Bern经验模型相比,物理模型对于导航卫星的轨道的定轨精度和预报精度有了相应的提高,定轨精度3D-RMS约为20cm。

关键词：太阳辐射压 MEO 精密轨道确定 GPS BlockIIF

来源： cnki会议评论

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彗星的反常尘埃彗尾

南京大学学报（自然科学版） 2011年第1期47卷 1-12页

作者：胡中为史建春赵海斌林启生中国科学院紫金山天文台南京210008 南京大学天文系南京210008 中国科学院国家天文台北京100012 鹿林天文台中央大学

从地球上观测到的彗尾一般是在彗核的背太阳一侧延展,但也观测到几颗彗星在某些特殊情况却呈现出从彗核朝向太阳一侧延展的扇形或长钉形的反常彗尾或向日彗尾.反常彗尾是彗核抛出的大尘粒组成的尘埃彗尾,由于受太阳辐射压斥力较小而成... 详细信息

从地球上观测到的彗尾一般是在彗核的背太阳一侧延展,但也观测到几颗彗星在某些特殊情况却呈现出从彗核朝向太阳一侧延展的扇形或长钉形的反常彗尾或向日彗尾.反常彗尾是彗核抛出的大尘粒组成的尘埃彗尾,由于受太阳辐射压斥力较小而成为其轨道面附近的太空垃圾,这些垃圾会危害空间环境和航天安全,因此,观测和研究反常彗尾对于预防这些大尘粒撞击飞船有重要意义.本文首先介绍了反常彗尾的基本解释和事例,然后阐述了反常彗尾的尘埃彗尾动力学理论及其研究成果.最后简述了我国彗星猎人发现的新彗星C/2007 N3(Lulin),即鹿林彗星及其在2009年1-2月观测到的奇特反常尘埃彗尾情况,并给出了初步处理的一些形态图像和解释,初步测量和估算了反常彗尾长度.

关键词：彗星彗核彗发尘埃彗尾反常彗尾太阳辐射压几何投视效应鹿林彗星

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区域监测网精密定轨与轨道预报精度分析

中国科学：物理学、力学、天文学 2010年第6期40卷 800-808页

作者：周善石胡小工吴斌中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院研究生院北京100049 国家卫星导航与定位教育部重点实验室武汉430079

我国导航系统采用区域监测网提供轨道预报等导航服务.由于区域网不能覆盖地球中轨轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星全弧段,并且受卫星相对于监测网几何条件限制,若采用与全球网相同的定轨和预报策略,预报精度难以满足我国导航系统的指... 详细信息

我国导航系统采用区域监测网提供轨道预报等导航服务.由于区域网不能覆盖地球中轨轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星全弧段,并且受卫星相对于监测网几何条件限制,若采用与全球网相同的定轨和预报策略,预报精度难以满足我国导航系统的指标要求.预报精度决定于定轨获得的初轨和力学模型的精度.针对MEO卫星星座的区域监测网定轨预报问题,本文提出两步法策略,即首先解算部分动力学参数和轨道参数,然后强约束这部分动力学参数的估值,重新解算所有动力学参数和轨道,并利用得到的初轨和动力学参数进行轨道预报.利用实测GPS数据的实验表明,采用两步法定轨策略可获得对动力学参数的合理解算结果,并可提高轨道预报精度,预报1天轨道的平均用户距离精度(User Range Error,URE)优于0.6m.

关键词：区域网定轨预报太阳辐射压 URE

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太阳活动对GPS卫星广播星历的影响

测绘信息与工程 2009年第6期34卷 3-4页

作者：宿勇军武汉大学测绘学院武汉市珞喻路129号430079

采用了切比雪夫拟合多项式内插IGS精密星历,计算了GPS卫星广播星历轨道误差,比较了其在太阳活动谷值和峰值时的误差,讨论了其与太阳活动状况的关系。

关键词：精密星历广播星历切比雪夫拟合多项式太阳耀斑太阳辐射压

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星载加速度计增强导航星座服务性能

星载加速度计增强导航星座服务性能

作者：刘晗武汉大学

学位级别：硕士

人造地球卫星在宇宙空间环境中的运动会受到多种摄动力的影响,使得卫星运行轨道不再是理想的开普勒无摄圆轨道。卫星受到的摄动力分为保守力和非保守力两部分,太阳光压摄动是导航卫星受到的最大非保守力,由于受复杂的太阳活动、卫星物... 详细信息

人造地球卫星在宇宙空间环境中的运动会受到多种摄动力的影响,使得卫星运行轨道不再是理想的开普勒无摄圆轨道。卫星受到的摄动力分为保守力和非保守力两部分,太阳光压摄动是导航卫星受到的最大非保守力,由于受复杂的太阳活动、卫星物理特性以及在轨调姿等多种因素的影响难以对其精确建模,而且适用于GPS卫星系统的太阳辐射压摄动不适用于新一代全球导航卫星系统例如北斗BDS和伽利略Galileo。不精确的力模型将直接影响导航卫星系统所提供服务的质量和性能,而提供高精度的导航卫星轨道信息,是导航卫星各类应用需求的前提和基础。因此,在导航卫星上安装星载加速度计直接测量非保守力,对于提升导航卫星服务性能具有现实意义。本文在此基础上还研究了低轨卫星载波相位差分法直接解算卫星速度与加速度。近年来,各国发射了大量低轨卫星均搭载有星载GPS接收机用于提供精密轨道信息。相比于低轨卫星动力学和简化动力学轨道,运动学轨道仅利用GPS几何距离观测值实现对低轨卫星的精密定轨,不包含先验重力场和力学模型信息。但精密运动学轨道不可避免地会涉及到整周模糊度固定问题,导致轨道解历元间存在相关性;且不能直接提供速度和加速度信息。而动力学方法和简化动力学方法或多或少受到先验重力场和力学模型的影响,其解算出来的精密轨道会包含先验重力场信息。如果应用于纯卫星重力场解算的话,会导致最终卫星解存在一部分“污染”。载波相位直接差分得到速度、加速度相比于先精密定位/定轨再位置差分法而言,能削弱了轨道解/位置解历元间相关性对其微分速度和加速度的影响,无需固定模糊度。本文主要的研究内容如下文所述:(1)总结介绍了目前主要的太阳辐射压建模方法,详细阐述了三类建模方法的思想及背景,以及三类光压模型具体的模型细节。阐述了分析型光压模型、经验型光压模型和半分析/半经验型光压的优缺点及适用条件。(2)详细介绍了卫星精密定轨动力学方法的数学模型,给出了主要的力模型、卫星运动方程以及观测方程,重点研究了变分方程的解算。(3)基于GPS相位观测值精确确定GRACE Follow-On卫星速度和加速度,探讨不同参数设置的FIR微分器、不同光压产品以及观测值采样频率对GRACE Follow-On卫星精密速度和加速度解算结果的影响。结果表明:(i)当微分器长度设置为9点时,GRACE Follow-On C/D卫星速度精度(微分间隔=60 s)3D RMS可达0.2276 mm/s、0.2919 mm/s;加速度速度精度(微分间隔=90 s)3D RMS可达4.1μm/s和4.5μm/s。(ii)对于10 s采样的GRACE Follow-On卫星数据,CODE 5 s钟差产品的精度优于IGS 30 s,当降采样为30s时,两者精度相当,实际数据处理时需考虑该因素的影响。(4)介绍了目前人造卫星上荷载的加速度计的基本参数及特性,并讨论导航卫星上所需星载加速度计的性能要求,主要包括测量范围和分辨率。基于A～E五种不同精度的加速度计,利用卫星IGS精密星历和已知的跟踪站位置,仿真GPS卫星精密定轨。研究结果表明,导航卫星安装星载加速度计直接测量受到的非保守力,用于精密定轨实验中,随着加速度精度的提高,校准得到的加速度计参数与“真值”逐渐接近,误差减小。方案C～D中的加速度计增强导航卫星精密定轨精度与使用ECOM 9参数模型相当,测量精度优于=1×10!"m/s的星载加速度适用于导航卫星精密定轨,与其增强北斗自主定轨性能所需精度相当。且基于星载加速度计增强的导航卫星在反演低阶重力场系数上具有一定优势,验证了星载加速度计增强导航定位服务性能的正确性和有效性。

关键词：卫星精密定轨星载加速度计导航卫星太阳辐射压低轨卫星加速度

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太阳光压摄动对导航卫星轨道影响的研究

太阳光压摄动对导航卫星轨道影响的研究

作者：李鹏杰河南理工大学

学位级别：硕士

太阳光压又称太阳辐射压(Solar Radiation Pressure,SRP),是由太阳辐射的光子连续“撞击”卫星表面所产生的力的作用。对于在轨运行的卫星,太阳辐射压摄动是作用在卫星上的主要非引力摄动,受多种因素的影响,太阳辐射压摄动难以精确模制,... 详细信息

太阳光压又称太阳辐射压(Solar Radiation Pressure,SRP),是由太阳辐射的光子连续“撞击”卫星表面所产生的力的作用。对于在轨运行的卫星,太阳辐射压摄动是作用在卫星上的主要非引力摄动,受多种因素的影响,太阳辐射压摄动难以精确模制,是GNSS卫星精密定轨和轨道预报过程中重要的误差源。ECOM-9参数模型是目前GNSS卫星精密定轨中应用较为广泛的经验光压模型,不同于其他立方体结构的GNSS卫星,ECOM-9参数模型并不完全适用于BDS卫星,特别是对于非立方体结构的BDS-3卫星,ECOM-9参数模型不能够完全吸收作用在卫星上的SRP摄动力。为了解决BDS-3卫星精密定轨和轨道预报中,现有的SRP摄动模型存在的不足。本论文开展了以下研究工作,其主要内容包括:1)根据GNSS卫星精密定轨中输出的光压摄动加速度,讨论并分析了3天定轨弧段长度内BDS-3和GPS卫星的光压摄动加速度,在轨道径向、切向和法向上的变化规律。对于不同轨道类型的GNSS卫星,其光压摄动加速度的量级均为10m/s。由于在轨运行的GNSS卫星受地影遮挡的影响,导致卫星的光压摄动加速曲线产生“间断”。光压摄动加速度与卫星相对于太阳的姿态密切相关,轨道径向和切向的分量表现为周期性,且变化周期与卫星运动周期一致,法向分量不随卫星运动而改变,BDS-3 IGSO卫星轨道法向分量大于MEO卫星的法向分量。2)考虑到BDS-3卫星的结构细节及卫星元数据尚未完全公布,本文根据中国卫星导航系统管理办公室(CSNO)发布的卫星元数据,基于Box-Wing模型建立了BDS-3卫星的先验光压模型。然后,根据先验模型输出的卫星光压加速度,重新计算了卫星经验光压模型的加速度系数,并结合在D方向上加入2阶、4阶周期项的ECOM经验模型,建立了适用于BDS-3卫星的光压模型,即BW+ECOM模型。3)采用两段时间的不同MGEX观测站GNSS多模观测数据,对ECOM-9参数模型和BW+ECOM模型进行精密定轨验证。结果表明:在地面测站少、观测数据缺乏时,采用BW+ECOM模型进行了BDS-3卫星定轨,重叠弧段轨道精度有30%～50%的提升。但在地面测站多、观测数据充足时,采用该模型进行定轨,MEO-CAST卫星重叠弧段轨道的径向、切向和法向的RMS分别为0.031、0.089和0.073 m,IGSO卫星重叠弧段轨道的径向、切向和法向的RMS分别为0.075、0.184和0.119 m。同时,采用该模型进行3至7天的中期轨道预报的精度优于ECOM-9参数模型,其中预报3天、5天和7天轨道的1D-RMS均值分别为1.106 m、2.586 m和5.003 m。图41幅,表10个,参考文献89篇。

关键词：太阳辐射压 BDS-3 精密定轨轨道预报总位置误差

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地球质量可能在减小

时间频率学报 1982年第2期 6-11页

作者：张国栋中国科学院北京天文台

从人造卫星运动的资料分析得知,地心引力常数GM以每年2×10的数量在减少,目前还不清楚,这是引力常数G减小,还是地球质量M减小引起的,本文从地球自转的长期变化方面分析来看,很可能是地球质量减小引起的。

关键词：地球自转长期变化动能代入人造卫星天体自转周期变化空间探测器地球质量大气潮气象潮引力常数引力常量地球半径海平面上升太阳辐射压

应用先进技术迎接哈雷彗星1985/6的回归

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天文学进展 1986年第1期 3-26页

作者：龚树模中国科学院紫金山天文台

本文主要综述三个问题:1.国外应用威尔逊山天文台1910年哈雷彗星(简称哈彗)回归所拍摄的多幅照片,怎样加以计算机处理,获得哈彗核的自转轴指向、周期以及核上三处发生喷流的速度和形成彗发等情况;2.近年来哈彗观测研究的进展;3.美、苏... 详细信息

本文主要综述三个问题:1.国外应用威尔逊山天文台1910年哈雷彗星(简称哈彗)回归所拍摄的多幅照片,怎样加以计算机处理,获得哈彗核的自转轴指向、周期以及核上三处发生喷流的速度和形成彗发等情况;2.近年来哈彗观测研究的进展;3.美、苏、西欧、日本发射六艘宇宙飞船近距探测哈彗以及美国航天飞机观测哈彗的计划。

关键词：包络照片飞船尘粒粒状污染物威尔逊山天文台哈雷彗星抛射速度发射区气体产生率太阳辐射压