低轨道卫星（精选5篇）
低轨道卫星 篇1
摘要：本文介绍了几种不同的IGS产品形式,对其轨道产品进行了精度分析,重点研究了IGS最终精密轨道信息的精度。分别通过SP3文件中给出的精度码AccCode和summary文件中计算出的LongArc值,研究了最终精密卫星轨道值的精度,结果表明AccCode值灵敏性较差,LongArc值稳定性较差。本文采用考察连续两天精密卫星坐标的连续性(PD值)来确定精密卫星轨道的精度,并证明了这种方法的可行性及稳定性。
关键词：IGS,卫星轨道,精度分析,PD值
0 引言
IGS(International GNSS Service)前身为GPS国际服务组织(International GPS Service),是由80多个国家200多个组织志愿组成。IGS全球跟踪网有300多个全球永久性观测站,连续的GPS控制台向IGS分析中心提供丰富的GPS数据,最终得出精密轨道信息。用户使用IGS提供的精密卫星轨道和钟差信息,结合载波相位观测值可以实现静态模式下单站厘米级的定位结果。这就对精密卫星轨道信息的精度提出了较高的要求,不同型号不同年龄的卫星,其轨道精度也不同。所以对IGS精密卫星轨道信息进行精度分析很有必要。
1 IGS产品介绍
IGS联合轨道钟差产品有不同的形式,超快速产品、快速产品和最终产品。从2000年11月5日起(GPS Week 1087,MJD 5183),IGS超快速轨道产品(IGS Ultra-Rapid)代替了先前的IGS预测产品。目前的IGS最终轨道钟差产品是由8个IGS中心,使用6个大型的相互独立的软件包联合计算得出的(BERNESE,GAMIT,GIPSY,NAPEOS,EPOS,PAGES)。IGS最终轨道钟差产品是在13 d以后给出,快速轨道钟差信息延迟17h,这种差异主要是由于IGS全球跟踪网跟踪站点数据的有效性导致的。2000年以后IGS要求每小时预测一次跟踪数据,加快产品的投递,这对于超快速产品的产生是必要的,仅仅延迟几个小时,可以满足大多数用户实时的需求。表1给出了IGS轨道钟差联合产品的详细信息。
从表1中可以看出,IGS超快速星历(UltraRapid)可分为两个部分,跨越48 h,前24 h为基于跟踪站观测数据计算而得,后24h是通过模型(线性模型)预测而得。
2 IGS轨道产品精度分析
2.1 Acc Code值分析法
IGS产品是8个独立的处理中心结果的加权线性组合,每个处理中心使用完全不同的数据筛选系统和处理方法。IGS轨道产品以SP3格式给出,每15min内插一次。IGS将每颗卫星的质量表现为精度码(Acc Code)的形式,每颗卫星的精度码是基于不同分析中心平均值的加权均方根(WRMS)确定的,表现形式是以2为底的对数函数,单位为毫米。
Wj为分析中心(AC)的权,N为所用AC个数,RMSj为各个AC计算出的值。
(Xj,Yj,Zj)为各分析中心给出的卫星坐标,为各个分析中心综合处理得出的卫星坐标。
因此,卫星的WRMS值可通过各分析中心的RMS值加上各自的权重综合求得。如果一颗卫星的WRMS为6 mm到10 mm,则给出的精度码应为3,如果精度码为0,则表明只有一个分析中心参与分析,无法确定其精度。需要说明的是这里的精度码是对于一天的数据而言。
图1给出了GPS周1512周第4天IGS最终精密星历的SP3头文件,第三行和第四行是介绍在2009年1月1日工作的32颗卫星,第8行、第9行是相应的精度说明。从中可以看出,PRN01的精度未知,PRN10、PRN32精度较差(WRMS=8mm)。
2.2 Long Arc值分析法
另一个评定IGS星历精度的因素是长弧段(LongArc)权均方根,它是IGS精密产品的一部分,在summary报告中给出。Long Arc基于另一种星历精度计算模型,考虑太阳光压产生的卫星加速度的影响。表2是对应于图1中AccCode值的(LongArc)权均方根,卫星号后加E表示此卫星受日蚀(太阳、卫星、地球在一条直线上)影响,卫星号前加X表示所得结果不可靠,最后一列IGS为最终结果。表2中处于日蚀中的卫星PRN05、PRN30、PRN32的long-arc值表现出较大的残差,图1中,PRN10、PRN32表现出较大的残差,两者表现出一定的一致性,但并不是完全的相同。在表2中PRN05表现出的残差最大,但在图1中PRN05表现出来的残差很小。
2.3 PD值分析法
除了上述两种精度估计方法外,本文使用了一种方法:考察卫星轨道的连续性。因为卫星运动轨迹不是固定的,所以卫星轨道的可预见性和连续性
不一定很好,本文考察一天SP3文件末的卫星坐标和紧接着一天SP3文件开头同一颗卫星坐标的连接效果,将得出的不连续量记为PD(position discontinue)。
A表示某一天的最终精密卫星坐标,B表示下一天的卫星坐标,两天的卫星坐标在同一个ITRF框架下。SP3文件中给出的卫星坐标是从0:00到23:45,两天数据之间没有重复的时段,所以可以用A天的数据去外推7.5min至23:52:30,然后用B天的数据向前推7.5min,到同样的时刻的坐标。这样得出的偏差包含了A、B两天的精密星历误差σA2+σB2=PD2,假设两天的星历误差相等(σA=σB),那么单天卫星星历误差为。显然PD值可以帮助我们了解到IGS轨道信息的精度。
3 实验分析及三种方法对比
本文对一颗卫星20周的最终轨道产品进行精度分析。图2给出了PRN05号星在GPS周1510至1529之间的AccCode和LongArc值的权均方根。从图2中可以看出,当卫星处于日蚀中(1512周和1516周之间)时Long Arc值起伏度较大而AccCode值的变化不明显。在GPS周1525到1529之间,PRN05有两个或两个以上的AC没有参与计算,这里AccCode值可以反映出这一情况。所以不能说明哪种值更能反映出卫星轨道的精度。
同样,本文计算了同颗卫星在同一时域中的PD值。图3给出了GPS周1510至1529之间PRN05三种值的比较,从中可以看出PD值基本上处于Acc Code值和Long Arc值之间,没有明显的跳变,并且可以反映出卫星处于日蚀中和有AC没参与计算这两种情况,基本上可以反映出卫星坐标的精度。
为了验证PD值得出的卫星轨道精度的准确性,本文对GPS周1512周里三种型号的卫星各选三颗,分析比较各卫星的PD值,并和其标称精度进行对比。
表3为GPS周1512周中7天的数据求得的PD值的平均值。表3中PRN09、PRN11的PD值较大,这是因为分析中心的不稳定造成的,PRN20、PRN22为受日月食影响的卫星,PD值并没有明显的波动。从最后结果来看,Block IIR型卫星的精度要比Block IIA型卫星好一些,Block IIA型又要比Block IIR-M型卫星好一些。所有卫星的平均精度大约在3cm左右。
图4为GPS周1512周9颗卫星的PD值分别与AccCode和LongArc值的对比,(a)图中,点云数据近似地水平,表明AccCode值不能很好地区分出各卫星的精度差别;(b)图中,等值线将点云数据分成了两个部分,竖轴约为横轴的两倍,所以相比较而言Long Arc值对于卫星精度的描述被夸大了,尤其是对于处于日蚀中的卫星。
4 结论
本文使用三种方法对精密轨道信息进行了精度分析,得出以下结论:
(1)AccCode精度码基于各分析站的WRMS值,对于卫星坐标的精度做了说明,但是这种码的敏感性不强,不能很好地区分出卫星的精度差别。
(2)LongArc值采用不同的计算模型,将卫星的速度作为一个基准,可以较真实地反应卫星的精度,但是当卫星处于日月蚀的时候,LongArc值会产生跳变。
(3)PD值是对以上两种值的综合,大小处于以上两个值的中间,对于卫星的精度有着较好的表示。Block IIR型卫星的精度要比Block IIA型卫星好一些,Block IIA型又要比Block IIR-M型卫星好一些。所有卫星的平均精度大约在3cm左右。
(4)PD值对于快速轨道及超快速轨道产品的精度分析同样适用。
参考文献
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低轨道卫星 篇2
低轨道卫星GPS精密定轨动力学方法的研究
结合低轨卫星简化动力学定轨算法,以及不同几何信息精度条件下的纯几何定轨和动力定轨精度比较,定量分析星载双频GPS实现精密定轨过程中的`主要因素,得到星载GPS接收机性能设计所需的关键技术指标,为卫星精密定轨系统的顶层设计提供了科学合理的参考依据.
作 者：李一凡 陈琦 LI Yifan CHEN Qi 作者单位：北京空间飞行器总体设计部,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：16(5)分类号：V412.4关键词：GPS接收机 精密定轨 动力学方法
低轨道卫星 篇3
我国北斗卫星导航系统建设分两阶段实施。第一阶段，2000年建成北斗卫星导航试验系统，进行卫星导航技术试验，初步为我国及周边地区提供导航、授时和短报文通信服务。该试验系统已圆满完成各项试验任务，标志着我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。
第二阶段，2020年前，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统，为用户提供连续、稳定的导航、授时和短报文通信服务。该阶段于2004年9月正式启动，2007年4月成功发射北斗卫星导航系统首颗中圆轨道卫星，预计2010年左右系统建设覆盖亚太地区。
本次发射的卫星由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院为主研制，设计寿命为8年，是我国北斗卫星导航系统第二阶段建设的第二颗卫星。
长征三号丙运载火箭由中国航天科技集团公司所属中国运载火箭技术研究院为主研制。该火箭是在长征三号甲和长征三号乙运载火箭的基础上研制出的三级液体火箭，与长征三号甲、长征三号乙共同构成了长征三号甲系列运载火箭的基本型谱。该火箭捆绑两枚助推器，地球同步转移轨道运载能力为3.8吨，火箭拥有灵活的姿控系统，具有对有效载荷进行大姿态调姿的能力。
长期在轨运行卫星的轨道维持技术 篇4
长期在轨运行卫星的轨道维持技术
本文研究近地轨道卫星长期在轨运行的`轨道维持问题.轨道维持的任务是将卫星的星下点轨迹保持在设计的参考轨迹附近.近地轨道卫星所受的摄动力包括地球引力摄动、日月摄动、大气阻力摄动和光压摄动等,而影响卫星轨道星下点漂移的主要因素是大气阻力摄动.本文给出了一种新的卫星轨道维持策略,数学仿真表明了其有效性.
作 者：谌颖 何英姿 韩冬 Chen Ying He Yingzi Han Dong 作者单位：北京控制工程研究所空间智能控制技术国家级重点实验室,北京,100080刊 名：航天控制 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE CONTROL年，卷(期)：24(3)分类号：V4关键词：轨道维持 星下点轨迹 轨道漂移
低轨道卫星 篇5
以下简称停泊轨道为1，转移轨道为2，运行轨道为3.
在变轨问题中有一个概念容易混淆，即卫星由轨道1上的A点，经短时加速后而转为沿轨道2运动，通常认为卫星经加速后，向心力增大，卫星在该点受到的万有引力不满足要求，因而做离心运动.另一观点认为卫星在该点仍能满足向心力，只是该向心力不是轨道1的半径，而是椭圆顶点的曲率圆半径，该半径要比轨道1的半径大.现就这一问题做一探讨，以及进一步讨论椭圆的其它位置的向心力问题.
1椭圆长短轴顶点处的曲率半径
设椭圆的半长轴为a，半短轴为b.由数学知识可求，椭圆在长轴交点处的曲率半径为R1=b2a，该半径是椭圆中最小的半径；与半短轴交点的曲率半径R2最大，R2=a2b.
由于数学求解较为复杂，现从物理的途径加以证明.
如图2，设一质点在一与水平面成α的斜面上，沿半径为R的圆做匀速圆周运动，速度大小为v，圆在水平面上的投影即为一椭圆，椭圆长轴平行于斜面底边，半长轴大小a=R，短轴与斜面底边垂直，大小b=Rcosα.质点投影在椭圆上的动点做变速率运动.在与长轴交点处的速率为va=vcosα，方向垂直于底边，即认为被压缩；在与短轴交点处的速度平行底边，速率仍为vb=v0.同理，在与长轴交点处的向心加速度与底边平行，不被压缩，跟沿斜面圆运动的向心加速度相同，
由此看出a、b、c和e都是仅与L和R有关的量，一旦L给定，各量均唯一确定.用图来说明，即图5中不可能是离心率更大的虚线轨道1和离心率更小的轨道2.
这一点与从物理角度论证是吻合的，在接下来的论述中可以看到.
3卫星所受地球引力与各点所需向心力关系
回到文首，讨论卫星开始沿椭圆轨道所受引力与所需向心力问题.按第一种观点是显而易见的，卫星不再沿原轨道1运动，是因为加速后所需向心力增大，引力不满足要求，所以做离心运动.而第二种观点认为，在近地点，引力恰满足卫星所需的向心力，只是该处的曲率半径由椭圆的数学性质决定的，即上面给出的r长=b2a.将a、b分别代入得r长=2LRL+R.
卫星在长轴顶点需要的向心力
F向1=mv21r长=m·L+R2LR·2GM·L（L+R）R
=GMmR2，
这恰好等于卫星在近地点受的地球引力.因而，第二种观点也是正确的.其实由数学给出椭圆各点的曲率半径，与物理动力学理论的高度统一并非偶然，而是一种必然的结果.这一点还可以从其它各点的动力学分析得验证.
3.1远地点卫星受到的引力恰满足需要的向心力
（由上面推导知b2a=2RL（L+R）），这一结果恰是卫星所受引力沿短轴方向的分力，另一分力改变速度的大小.
由此不难理解，无论椭圆上的哪一点（甚至任何曲线），都有对应的相同曲率的圆，该圆的半径就是曲
线上该点的曲率半径.从物理的角度看，一个动质点沿曲线运动，在任何一点必须满足实际运动所需要的向心力，这就是物理动力学理论与数学知识一致的必然性.