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约化动力学定轨理论与实践

郭振华  
【摘要】:近20年来,借助低轨卫星上搭载的科学仪器进行海洋测高、地球重力场精化、电离层研究等空间科学技术应用与研究,对低轨卫星的定轨精度提出了很高的要求,一方面对定轨方法要求具有很强的实时性,另一方面对定轨精度的要求也越来越高,定轨精度要求已从上世纪60年代的近百米提高到现在的厘米级。针对低轨卫星定轨中关键问题与核心技术,本文以MATLAB7.0和BERNESE5.0软件为平台详细研究了低轨卫星定轨中几个关键问题。主要工作和研究如下: 1、阐述了星载GPS低轨卫星定轨的相关基本理论,分析了时间系统、坐标系统间的选择、转换和应用,详细推导了低轨卫星定轨的数学模型及相关公式,分析了影响星载GPS低轨卫星定轨的误差源并给出相应的具体改正措施。 2、卫星钟差预报对星载GPS低轨卫星近实时定轨意义非凡,针对影响星载GPS低轨卫星定轨的卫星钟差进行了研究和仿真:在分析GM (1,1)、 GM(1,1)-AR (p)卫星钟差预报模型基础上提出了GM(1,1)循环和GM(1,1)循环-AR(p)两种卫星钟差模型,得到一些有益的结论;此外,将神经网络和灰色模型相结合,提出基于灰色BP神经网络的卫星钟差预报,并在IGU超快速钟差的预报中去验证方法有效性和时效性。 3、详细探讨了基于星载GPS低轨卫星的几何法定轨、动力学定轨、约化动力学定轨的理论及数学模型,以CHAMP卫星为例,针对三种方法分别展开了研究,分析了三种方法的优缺点,探讨、比较了不同定轨方法所能达到的定轨精度,同时探讨、分析了不同误差模型对低轨卫星定轨精度的影响。 4、对动力学法和约化动力学法进行了较重点的研究,结合CHAMP实测数据,研究了光压补偿模型以及加速度计数据等因素对基于摄动力定轨的动力学法的影响,同时系统分析了约化动力学定轨中伪随机速度脉冲和光压补偿模型对模型误差的吸收、调节作用。


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