淺談衛(wèi)星軌道的比較方法

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1軌道重疊弧段比較

脈沖經(jīng)驗力模型為分析脈沖經(jīng)驗力模型對CEO衛(wèi)星機動定軌的適用性，分別用共12個監(jiān)測站L波段偽距和相位數(shù)據(jù)定軌。定軌解算參數(shù)包括6個軌道根數(shù)、2個光壓參數(shù)（1個尺度因子、1個Y偏差參數(shù)）、4個法向和沿跡方向周期經(jīng)驗力參數(shù)、對流層參數(shù)、衛(wèi)星和測站鐘差參數(shù)以及載波相位模糊度參數(shù)等。機動期間三段同時在軌道面徑向、沿跡和法向估計脈沖經(jīng)驗力模型參數(shù)。采用脈沖經(jīng)驗力模型時，如果僅采用L波段偽距及載波相位數(shù)據(jù)，機動期間軌道重疊弧段誤差可達20m左右。當增加了C波段轉(zhuǎn)發(fā)測軌數(shù)據(jù)后，軌道重疊弧段精度減小到3m以內(nèi)。分析認為，由于脈沖機動力模型存在速度跳變，速度跳變影響周跳檢測準確性，使得載波相位模糊度參數(shù)數(shù)量發(fā)生變化，影響參數(shù)解算的準確性。當增加C波段轉(zhuǎn)發(fā)測距數(shù)據(jù)后，由于增加了較強的距離約束條件，使得定軌結(jié)果有了顯著改善。分段線性卵數(shù)模型定軌結(jié)果為驗證分段線性模型的適用性，采用與上節(jié)分析脈沖經(jīng)驗力模型相同的數(shù)據(jù)源進行了仿真定軌實驗。定軌解算參數(shù)包括6個軌道根數(shù)、2個光壓參數(shù)（1個尺度因子、1個Y偏差參數(shù)）、4個法向和沿跡方向周期經(jīng)驗力參數(shù)、對流層參數(shù)、衛(wèi)星和測站鐘差參數(shù)以及載波相位模糊度參數(shù)等。機動期間同時在軌道面徑向、沿跡和法向分別估計分段線性卵數(shù)1個常數(shù)項和1個線性項共6個參數(shù)。比較兩弧段定軌結(jié)果的重疊弧段采用分段線性經(jīng)驗力模型時，如果僅采用L波段偽距及載波相位數(shù)據(jù)，機動期間軌道重疊弧段誤差約為16m左右；當增加了C波段轉(zhuǎn)發(fā)測軌數(shù)據(jù)后，軌道重疊弧段精度提高到3m以內(nèi)。對比分段線性模型和脈沖經(jīng)驗力模型軌道重疊弧段結(jié)果看出，脈沖機動力模型具有較好的局部性，雖然機動期間軌道誤差稍大，但模型影響范圍很有限，機動前后軌道基本不受機動期間軌道影響。相比而言，分段線性模型盡管在機動期間稍好，但模型對機動后軌道影響較為顯著，同時軌道更加平滑。

2軌道預(yù)報精度比較

定軌精度本質(zhì)上反映的是軌道擬合精度，只能部分反映動力學模型精度。軌道預(yù)報精度對動力學模型合理性的評價更為客觀。為此，分別采用兩種動力學模型進行了預(yù)報精度分析。利用2011－11－0500：00～11－0702：50的L波段偽距、載波相位以及C波段轉(zhuǎn)發(fā)測軌數(shù)據(jù)定軌，其中11－0700：30～11－0700：50之間G3星存在軌道機動。機動期間分別采用分段線性經(jīng)驗力模型和脈沖經(jīng)驗力模型進行機動力建模。分段線性模型在軌道R、T、N3方向均采用三角卵數(shù)建模，估計參數(shù)為3個節(jié)點處的坐標值。將定軌結(jié)果預(yù)報4h，與機動后標準軌道比較采用分段線性經(jīng)驗力模型，機動前數(shù)據(jù)加機動后2h數(shù)據(jù)軌道擬合精度約20m；而預(yù)報4h后，軌道R、N兩方向誤差顯著增加，最大可超過60m。因此，分段線性模型不利于軌道預(yù)報。利用上述時段同樣數(shù)據(jù)，采用脈沖經(jīng)驗力模型進行定軌，解算參數(shù)為：機動期間，在軌道面每個方向分別分3段解3個參數(shù)。將定軌結(jié)果預(yù)報4h，與標準軌道比較，結(jié)果如圖8。由圖8看出，機動期間，脈沖經(jīng)驗力模型機動前數(shù)據(jù)加機動后2h數(shù)據(jù)軌道擬合精度可達28m，但機動后預(yù)報4h，軌道預(yù)報精度顯著改善，尤其在軌道面R、T方向，預(yù)報精度優(yōu)于5m；軌道面法向精度最差，接近16m。上述結(jié)果表明，脈沖卵數(shù)模型在東西機動后軌道預(yù)報方面具有較好的優(yōu)勢：首先，軌道機動主要采用脈沖點火方式，與脈沖機動力模型特性類似；其次，脈沖力模型本質(zhì)上相當于短弧定軌，對動力學模型先驗信息的利用率較低，而分段線性模型則對機動前后軌道的平滑性有較強要求，使得需要機動后很長時間軌道信息才能準確確定機動力。對于機動幅度較大的南北機動，由于衛(wèi)星力學狀態(tài)變化更加復(fù)雜，需要加密解算參數(shù)，脈沖經(jīng)驗力模型重觀測幾何輕動力學推演的優(yōu)勢更加明顯。這一點可以從短弧動力預(yù)報結(jié)果驗證。利用機動后2h數(shù)據(jù)進行短弧定軌，定軌中太陽光壓、周期經(jīng)驗力等模型參數(shù)固定為機動前軌道對應(yīng)參數(shù)值，解算參數(shù)僅為6個軌道根數(shù)。將定軌結(jié)果預(yù)報4h，與標準軌道比較短弧動力學方法軌道預(yù)報精度與脈沖經(jīng)驗力模型法精度接近，位置誤差小于18m。因此，若從軌道預(yù)報精度方面考慮，短弧動力學方法相比線性機動力建模方法更加有效，與脈沖機動力建模法相當。

3結(jié)語

本文分別采用脈沖經(jīng)驗力方法、分段線性卵數(shù)方法和短弧動力學方法研究了CEO衛(wèi)星機動期間的定軌及預(yù)報精度。結(jié)果表明，脈沖經(jīng)驗力模型能較好地擬合機動條件下衛(wèi)星局部運動特性，軌道擬合精度和預(yù)報精度均優(yōu)于分段線性模型，兩種方法單天軌道擬合精度均可優(yōu)于5m；短弧動力學方法軌道預(yù)報精度優(yōu)于分段線性經(jīng)驗力模型法，與脈沖經(jīng)驗力模型法預(yù)報精度相當，用機動后2h數(shù)據(jù)定軌，預(yù)報4h位置精度優(yōu)于18m，是一種更適合在線運行的處理策略。

作者：陳攀垰單位：四川衛(wèi)星發(fā)射基地