收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

北斗导航卫星光压模型构建与精化研究

王晨  
【摘要】:作为对地观测系统的重要组成部分,全球卫星导航系统自上世纪九十年代以来在为用户提供基本导航、授时和定位的同时,也对空间大地测量的发展和地球参考框架建立与维持等相关科学应用作出重要贡献。目前多模GNSS蓬勃发展,作为我国重要空间战略资源的北斗卫星导航系统经历了若干年来的技术积累,其基本服务已由区域走向全球。卫星轨道参数是导航卫星系统提供天基参考框架的核心信息,提升其定轨精度一直以来是卫星导航领域的研究热点。高精度的卫星轨道确定依赖于几何观测值条件和动力学模型精度,对于处于上万公里高度的导航卫星而言,在所受到的摄动力中,除地球和其他星体三体引力外,太阳光压力的影响最大。本文的研究主题围绕构建和精化北斗导航卫星光压摄动模型展开。国内外学者针对导航卫星相关几何误差改正和包含太阳光压在内的动力学模型精化进行了广泛的研究。然而作为新兴卫星导航系统的北斗,其定轨精度则有待进一步提升。此外,相比于其他仅使用MEO的卫星导航系统,北斗作为唯一使用GEO/IGSO/MEO异构星座的全球卫星导航系统,在兼顾重点服务亚太区域等诸多优点的同时,也为其高精度定轨带来了挑战。本文在系统学习并总结其他导航星座卫星的光压建模发展历程的基础上,针对北斗导航卫星的新特点,着力于构建和精化覆盖北斗二号和三号卫星全星座、并顾及实际卫星姿态和本体结构信息的光压模型。论文的主要工作和贡献如下:(1)总结了国内外导航卫星精密定轨理论的发展现状,并详细介绍了导航卫星精密定轨中的非保守力模型。系统梳理了全球卫星导航系统光压模型的发展历程和不同光压模型的优缺点,以及光压建模研究的难点和热点。(2)分析了经典光压模型对北斗二号和三号卫星精密定轨的适用性。在系统总结全球导航卫星光压建模理论和方法的基础上,发展了一套针对北斗导航卫星并光压模型的构建和精化方法。构建和精化了从北斗二号到北斗三号全星座覆盖的高精度光压模型。其相对于传统经验型光压模型既顾及了光压辐射的物理学意义,又具备经验型光压模型简洁高效的特点。(3)针对当前北斗GEO卫星精密定轨过程中出现显著影响其轨道精度的系统性误差,通过分析确定了C波段通信天线是造成上述误差的主要原因,并利用实测数据量化其对轨道精度影响的具体量级。此外,修正了可校正box-wing模型中太阳帆板的实际姿态和考虑C波段天线及其遮挡的影响,构建了针对北斗GEO卫星的高精度光压模型。该模型不仅能够有效消除由于太阳光压摄动引起的与太阳方位角或轨道倾角和轨道角相关的轨道误差,还可以明显降低其轨道径向存在的常量偏差,显著提升了北斗GEO卫星的径向定轨精度。实际数据处理的结果表明构建的增强型光压模型对北斗GEO卫星定轨径向绝对精度约10 cm。(4)比较了经典光压模型ECOM1和ECOM2对北斗二号卫星精密定轨的影响,并基于激光检核结果分析了利用上述两模型定轨的轨道径向误差特性。随后,通过对比经验型和分析型光压模型的北斗二号IGSO/MEO卫星定轨结果,指出卫星本体热辐射差异造成了个别卫星轨道中轨道角相关的系统性误差,并由此提出了一种卫星本体热辐射的补偿模型。首次基于实测数据标定了北斗二号IGSO/MEO卫星本体的热辐射补偿参数。该补偿模型有效消除了部分北斗卫星中存在的系统性误差,进而提高了北斗二号卫星,尤其是IGSO卫星的定轨精度。激光检核结果表明其径向轨道精度平均提高约20%。(5)对首颗可能采用全新姿控模式的北斗二号IGSO-6卫星姿态特性的研究,确认了其采用全新的连续动偏姿控模式,并基于实测数据估计并建立了其具体的模型表达式和模型触发阈值。随后的验证结果表明该模型完全适用于北斗三号CAST卫星(实际估计姿态角与模型计算值差异小于5度)。北斗三号CAST卫星的姿态模型能有效降低蚀卫星在轨道近日点和远日点的定轨残差,进而提高轨道和钟差的精度和可靠性,使北斗三号卫星光压精化和精密定轨成为可能。(6)针对两家卫星制造商提供的北斗三号MEO轨道中存在的随太阳方位角变化的系统性误差,利用先验的北斗三号卫星本体的属性信息和实测地面跟踪数据,通过基于傅立叶变换主频项提取、卫星本体光学参数校正和卫星本体长方体补偿等三种光压增强或补偿手段的方式,精化了北斗三号MEO卫星的光压模型。结果表明相比于无任何先验光压信息的ECOM1,上述三种方式均能有效消除太阳方位角相关的轨道误差,且使用增强或补偿光压模型后的精密定轨结果相当,基于十个月处理时长的轨道激光检核精度优于4cm。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 韩意;陈明;段成林;李翠兰;;航天器太阳光压面积影响因素仿真分析[J];深空探测学报(中英文);2020年03期
2 计杰;许宴铭;弋康月;张伟德;王祎;张振;;光压驱动现状及应用前景探究[J];科技创新与应用;2018年01期
3 乔喻;严潇;蔡莹丹;;光压飞行[J];十万个为什么;2015年12期
4 史峰;;光压飞行[J];新作文(初中版);2016年03期
5 郑好望;肖胜利;梁红军;;光压与光压推进[J];现代物理知识;2006年02期
6 李成仁,崔金松,吕翎;光压的演示[J];物理实验;1997年01期
7 邓华波;邓家禔;;卫星光压分析模块的实现[J];计算机工程与设计;2008年03期
8 严映律,陈聪慧;光压的演示及测量装置设计[J];工科物理;1996年03期
9 刘子林,王淑会;浅谈光压(摘录)[J];现代物理知识;1996年S1期
10 杨中甫;光压、太阳帆及与之相关的习题解析[J];物理教师;2004年10期
11 宋乐;王玉瑾;郑叶龙;;光压的测量方法现状及发展趋势[J];计量学报;2019年01期
12 窦恭伟;焦胜军;孙奇;;光压原理在太阳帆推进中的应用[J];考试周刊;2010年45期
13 宋贯一;;(光压)斥力相互作用在自然界客观存在的宏观证据[J];地球物理学进展;2012年02期
14 杨中甫;动量定理和光压[J];考试(高考.理科版);2005年01期
15 许冬保;;光压问题的分析及探究[J];物理教学;2011年12期
16 乔喻;;“光压飞行”领飞世界[J];青少年科技博览;2016年01期
17 杨妹清;光压—微驱动源及其应用[J];光机电信息;1995年09期
18 施坚;;“光压”驱动人类科技[J];百科知识;2009年24期
中国重要会议论文全文数据库 前18条
1 谭红力;胡光明;马民;谷力;;两种锥形地影模型对太阳光压的影响分析[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S3 精密定轨与精密定位[C];2014年
2 赵庆海;楼楠;;T20光压模型及偏导数的推导[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
3 胡滨;陈杰;潘玮;;“克鲁克斯辐射计”与“光压风车”的辨析[A];科技馆研究文选(2006-2015)[C];2016年
4 黄海;李建文;罗福龙;;北斗卫星太阳光压建模[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S8 卫星导航模型与方法[C];2014年
5 高照照;杨慧;王东;郝文宇;王庆华;李美红;;导航卫星太阳光压任务分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
6 何麟书;;无工质特种推进技术——太阳帆[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
7 谭红力;李晓杰;吴杉;郭睿;董恩强;;导航卫星动态偏航转零偏航状态的太阳光压分析[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S3 精密定轨与精密定位[C];2014年
8 ;导航卫星高精度光压建模研究[A];第五届中国卫星导航学术年会论文集-S3 精密定轨与精密定位[C];2014年
9 曹云昌;李黄;王海深;胡姮;尹聪;夏青;;北斗导航卫星系统探空仪的研制试验[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 张建中;;提高北斗导航卫星数据接收率的方法和思考[A];第34届中国气象学会年会 S17 空间天气业务观测、预报和服务保障论文集[C];2017年
11 蔡伯根;樊玉明;王剑;上官伟;刘江;;基于北斗导航卫星系统的轨道交通应用关键技术研究[A];第八届中国智能交通年会优秀论文集——轨道交通[C];2013年
12 王冬冬;王莉莉;刘丽;;基于北斗导航卫星的全球搜救系统应用[A];卫星导航定位与北斗系统应用2016——星参北斗 位联世界[C];2016年
13 蒋杰;;北斗导航卫星系统和5G技术在无人驾驶系统领域的应用前景分析[A];卫星导航定位与北斗系统应用2019——北斗服务全球 融合创新应用[C];2019年
14 张崇安;;光子群流和光子海洋概念及地球磁场、暗物质、引力起源的探讨[A];数学·力学·物理学·高新技术研究进展——2006(11)卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第11届学术研讨会论文集[C];2006年
15 ;北斗导航卫星系统是产业发展的核心推动力[A];卫星导航系统应用与繁荣2011[C];2011年
16 刘基余;;北斗导航卫星系统在航天中的应用展望[A];卫星导航定位与北斗系统应用2017——深化北斗应用 开创中国导航新局面[C];2017年
17 车通宇;张传定;杨力;王琰;;初轨精度对应用BERN光压模型的轨道预报误差放大影响分析[A];卫星导航定位与北斗系统应用2015——北斗耀全球 璀璨中国梦[C];2015年
18 郑世贵;;高轨大天线卫星光压扰动分析研究[A];第二届可展开空间结构学术会议摘要集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王晨;北斗导航卫星光压模型构建与精化研究[D];武汉大学;2019年
2 郭靖;姿态、光压和函数模型对导航卫星精密定轨影响的研究[D];武汉大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 田坤俊;光压模型精化方法及其对定轨精度影响研究[D];山东理工大学;2014年
2 周杨淼;导航卫星太阳光压建模方法与模型特性分析[D];湖南大学;2016年
3 季浩然;高轨航天器光压推进轨道机动策略研究[D];国防科技大学;2018年
4 张保进;基于北斗导航卫星的小型定位系统研究与设计[D];江西农业大学;2014年
5 李晓楠;基于光压电混合驱动空间板壳结构振动主动控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
6 祝兴晟;基于北斗导航卫星的前向散射波飞行器探测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
7 叶睿;北斗导航卫星系统接收机快速启动技术研究[D];中南大学;2013年
8 王玲;模型精化过程中模型间一致性检测研究[D];华东师范大学;2016年
9 张楠;应用于机载导航的北斗双模型接收机的设计与实现[D];中国科学院大学(工程管理与信息技术学院);2016年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 陈建强 通讯员 吴军辉;我科学家研制出“光动”材料[N];光明日报;2015年
2 本报记者 刘淮宇 实习生 冯松龄;“先行者”助力北斗全球组网[N];中国航天报;2015年
3 本报记者 甘晓 通讯员 潘晨;新技术“搭桥”北斗双星[N];中国科学报;2015年
4 本报记者 刘斐;与时俱进让北斗进入批产时代[N];中国航天报;2012年
5 张唯诚;“光帆一号”将遨游太空[N];大众科技报;2010年
6 本报记者 董碧娟;“北斗兄弟”98%来自“中国创造”[N];经济日报;2015年
7 潘晨;北斗“超能战队”是这样炼成的[N];中国航天报;2015年
8 陈喆;星海航行 飞船扬起太阳帆[N];中国航天报;2014年
9 本报记者 詹媛;“北斗”在他们手中诞生[N];光明日报;2012年
10 本报记者 陈龙;龙年北斗开门红 覆盖西部显身手[N];中国航天报;2012年
11 本报记者 付毅飞 通讯员 潘晨 郭兆炜;北斗全球组网“排头兵”开启拓荒之旅[N];科技日报;2015年
12 记者 张蕾;第55颗北斗导航卫星定点成功[N];光明日报;2020年
13 潘晨;北斗绕天庭 辉煌待日来[N];中国航天报;2015年
14 通讯员 潘晨 本报记者 付毅飞;创新引领北斗路[N];科技日报;2015年
15 张雪松;宇宙那么大,扬起太阳帆去看看[N];中国航天报;2015年
16 本报记者 朱广菁;太阳帆并未坠落人类对太阳的期望[N];大众科技报;2005年
17 记者 甘晓 通讯员 潘晨;第23颗北斗导航卫星成功发射[N];中国科学报;2016年
18 记者 尚文超 通讯员 宗兆盾;两颗新一代北斗准确入轨[N];光明日报;2015年
19 特约记者 郭兆炜 通讯员 潘晨;三个维度入手破解“北斗”多线并举难题[N];中国航天报;2012年
20 记者 刘斐;第16颗北斗导航卫星发射成功[N];中国航天报;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978