基于中继卫星的飞船定轨精度分析

《基于中继卫星的飞船定轨精度分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、载人航天2011年第3期T．程技术基于中继卫星的飞船定轨精度分析王彦荣1魏小莹I陈建荣L2(1中国西安卫星测控中心2宇航动力学国家重点实验室)摘要基于距离和数据的观测模型，利用中继卫星对神舟七号飞船的轨道测量数据，分别采用4种不同的轨道确定方案，进行轨道确定及3h～48h轨道预报。通过与导航卫星定轨预报结果的比较，对基于中继卫星测量的飞船定轨和预报精度进行分析，论证了其定轨误差范围。关键词中继卫星飞船距离和定轨精度分类号V556．8文献标识码A文章编号1674—5825(2011)03—0022—05l引言随着航天技术的发展，世界各国都在大力发展数据中继卫星

2、系统，中继卫星在航天测控领域发挥着越来越重要的作用。其中测定轨是中继卫星系统的一项重要功能。发展基于天基测控的卫星高精度轨道确定与控制技术，不仅符合现阶段我国卫星自主定轨技术的发展趋势和基本要求，而且具有广阔的应用前景。本文利用神舟七号任务的实测数据，对基于中继卫星测量的飞船定轨和预报精度进行深入分析论证【”。图l天基星用户星联合定轨测量模型2测量模型3轨道确定策略天基星用户星联合定轨技术使用的测量模型为天基星、用户星、观测站之间的“四程距离和(下称距离和)”测量模型捌。图l中为中继星对用户星的一次测量过程，无线电信号经过中心站一中继卫星一用户星一中继卫星一

3、中心站，由信号在出人中心站的时间差即可计算出距离和观测量：O=pl巾2印3+P4=c‘(_+r2+f3+r4)+△坩(1)式中：t——信号在各阶段的传播时延；c——光速；△——测量系统误差，包括仪器系统误差、对流层和电离层引起的电波折射修正等；占——测量随机误差。在神舟七号任务中，用中继卫星对飞船实施了跟踪测量，这里选择了部分圈次的测量数据，对其四程距离和测量数据进行处理13l。定轨过程中除二体问题外，考虑的摄动因素有地球非球形引力、第三体引力、大气阻尼、太阳辐射压、地球辐射压、地球固体潮和海潮等，地球引力场模型为GRIM5一CI(2000)(120x120

4、)，行星历表采用DE405，大气密度模型为MSIs2000。空间环境参数F10．7、地磁指数采用事后实测值。在用导航卫星测量数据定轨时，除解算6个轨道量外，还解算了大气阻尼系数。用距离和测量数据进行定轨时采用4种方案：来稿日期：201I删l：修回日期：201l-04-15。作者简介：王彦荣(1971．∞一)，男，硕士，高级工程师．主要从事航天器轨道计算。22工程技术载人航天2011年第3期方案l：使用四圈飞船四程距离和数据，联合求解中继卫星和飞船的轨道，同时解算了大气阻尼系数；方案2：使用四圈飞船四程距离和数据、中继星地面站测量数据，联合求解中继星和飞船轨道

5、，同时解算了大气阻尼系数；方案3：使用四圈飞船四程距离和数据、飞船USB测量数据，联合求解中继卫星和飞船的轨道，同时解算了大气阻尼系数；方案4：使用四圈飞船四程距离和数据、飞船USB测量数据、中继星地面站测量数据，联合求解中继星和飞船轨道。4定轨精度分析利用长弧飞船距离和测量数据和中继卫星的多站测距数据进行定轨，联合解算飞船和中继卫星的轨道，以导航卫星测量数据的定轨预报结果为基准进行比较，误差的分布情况分别如图2、3。可以看出，飞船定轨弧段内平均误差约13m，最大误差约18m，预报48h平均误差约250m，最大误差约600m，中继卫星定轨弧段内平均误差约66

6、m，最大误差约112m。使用飞船四程距离和测量数据、USB测量数据和中继卫星的多站测量数据，分别按以上4种方案进行定轨，并预报3、6、12、24和48h，将定轨结果和导航卫星数据的定轨预报结果进行比较，将比较结果分解到R，T，N三个方向，误差统计于表l，总的位置速度误差分布情况如图4至图1l所示。根据对各方案的误差统计与分析，可以看出：(1)方案l，定轨弧段内最大误差在30m左右，最大误差为36m；预报12h误差均在lOOm左右；(2)方案2，定轨弧段内平均误差在20m左右，最大误差在40m以内；预报12h最大误差均在lOOm左右；◆toIalRMS=249

7、．39MAX=611．65l⋯⋯⋯‘{．．．．⋯⋯⋯

8、．．．．⋯⋯一{．．．．⋯二二三叠≯—一·一积日图2飞船定轨结果与基准弹道的误差载人航天2011年第3期工程技术54736．4100O—100—20054736．654736．85473754736．454736．654736．854737积日图3中继卫星定轨结果与基准弹道的误差襄1各方案定轨、预报结果和导航卫星数据的定轨结果比较定轨弧段内预报3h预报6h预报12h预报24h预报48h定轨最大误差方案方向位置速度位置速度位置速度位置速度位置速度位置速度(m)(m／s)(m)(m／s)(m)(m／s)(m)

9、(m／s)(m)(m／s)(m)(m／8)r4．85