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卫星定轨可视化软件的实现与应用研究

景月娟  
【摘要】:随着计算机技术发展的不断加快,新的硬件、技术不断更新,使得原有的一部分应用软件在新环境下跟不上技术的发展。舍弃现有系统下的软件,不但要耗费大量的人力和资金,而且浪费了许多成熟的软件成果,代价过于昂贵。软件移植则是解决这一问题的有效方法。同时对在新环境下更进一步开发新的软件也有重要的意义。 卫星轨道确定对国防建设、国民经济发展以及科学研究等方面都具有十分重要的意义。GEO卫星精密定轨是我国卫星导航系统的关键技术之一,它直接影响卫星导航系统的定位精度。由此可见,GEO卫星精密定轨软件在卫星技术的应用中的地位举足轻重。 由中国科学院国家授时中心发明的转发式测定轨方法已成功地用于中国区域定位系统(CAPS)的卫星测定轨中,伪码测距精度达到厘米级水平,轨道确定精度达到米级水平。在CAPS系统日常运行使用的卫星精密定轨软件,是基于UNIX系统的,多年的实际应用表明,它是一个非常成功的软件,具有相当多的优势。但是它也有一些不足,如对操作系统的依赖性和命令式操作等,这些因素制约了软件后续的开发、扩展和应用研究,同时运行该软件的SUN工作站的运行维护成本也相对较高。 基于这些原因,本文进行了以下内容的研究工作: 1.分析并探讨了卫星观测资料处理中使用的时间与坐标系统,定轨的原理和分析过程所采用的力学模型、测量模型、参考系以及目前CAPS系统使用的卫星精密定轨软件的建立、构成和算法特点与流程等。 2.基于软件移植基本理论,提出了以Microsoft Visual Studio 2005集成Intel(R) Visual Fortran Compiler Professional 11.0为图形用户界面开发工具,成功地将CAPS系统日常使用的卫星精密定轨软件从UNIX系统移植到Windows系统下,通过对部分软件的优化和改进,完善了软件系统,提高了解算卫星轨道速度。通过Windows系统下卫星定轨结果与UNIX系统下定轨结果进行比对,验证了软件移植的精确性、可靠性和保真度。 3.在软件移植成功的基础上,提出并完成了卫星定轨可视化软件的开发研制。开发设计采用的是Microsoft Visual Studio 2005软件平台,利用Visual Basic.NET语言。该软件具有预处理观测数据资料、解算GEO卫星精密轨道、分析和图形化轨道解算结果等功能。它的界面友好、可操作性强、方便省时、易学易用,有效地提高了GEO卫星定轨工作效率。它的成功开发,简化了卫星定轨软件的操作步骤,缩短了运算过程的时间,减少了人为因素所造成的错误,提高了运算结果的直观性。 4.提出了一种采用最小二乘法生成标准点的模式来压缩原始资料的处理方法。针对CAPS的卫星观测系统中海量的观测量(每站每秒一个样本点),导致卫星的轨道计算需要相对较长的时间,影响了该卫星导航系统的实时性等问题。把该方法用于卫星轨道计算,在计算的卫星轨道不失真的前提下,尽量高度压缩观测数据量,提高卫星轨道计算速度。计算结果表明,本处理方法不但大大地缩短了卫星轨道计算时间,而且计算的轨道几乎完全与用原观测资料计算得到的轨道一致,两者相差在毫米级水平。使用该方法处理观测资料,提高了卫星轨道的计算效率,满足了导航系统实时性的要求。


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