衛星定軌

傳統太空飛行器軌道理論中的定軌問題（也稱軌道確定問題）是確定最符合跟蹤觀測數據的軌道。跟蹤觀測數據通常是利用天基、地基測量設備獲得的多種類型觀測數據。

基本介紹

• 中文名：衛星定軌

基本概念

關於軌道確定,在天體力學或軌道力學中通常有兩個概念:短弧意義下的初軌計算和長弧意義下的軌道改進(或稱精密定軌)。對於前者,傳統意義下的定軌模型是對應一個無攝運動的二體問題。這無論在航天任務中,還是在太陽系各種小天體(小行星、自然衛星、彗星等)的發現過程中,都是不可缺少的工作。初軌本身可在某些問題中直接引用,或為精密定軌提供初值。對於後者,定軌模型則對應一個“完整”力學系統(符合問題精度要求的力學模型)的受攝二體問題,它是根據大量觀測資料所作的軌道確定工作,提供各種航天任務中所需的精密軌道。對於這種定軌,傳統的叫法為軌道改進,但由於可以在衛星定軌的同時確定某些參數(與軌道有關的一些幾何和物理參數),擴展了傳統意義下單純的軌道改進,現稱為精密定軌。從定軌的基本原理而言,儘管後者可以涵蓋前者,但前者在短弧的前提下,有其特殊的定軌方式。

短弧定軌技術概述

短弧段定軌方法是指當通過傳統初軌計算方法由於存在較強病態問題，無法得到足夠精確的軌道根數估計值時，採用基於星曆、多項式擬合、非線性濾波或約束域方法得到高精度軌道根數的估計方法。

短弧定軌技術主要包含三方面內容，第一傳統太空飛行器軌道理論中的初軌計算；第二由於測量受限無法獲得足夠測量數據下的短弧段定軌；第三測地學中引力場模型估計時使用的短弧段測量估計技術。在定軌過程中根據定軌策略不同可以將定軌問題轉換為經典的無攝動二體問題或受攝二體問題、三體問題。

初軌確定的方法主要由拉普拉斯方法（初值問題方法）、高斯方法（邊值問題方法）和巴特拉科方法等。

精密定軌

在實際的衛星飛行運動中，衛星的初始狀態是未知的，並且其運動微分方程中的物理常量和模型本身也是帶有誤差的，從而導致積分的軌道與衛星真實軌道存在偏差。所以，為了獲得儘可能接近真實軌道的積分軌道，必須對衛星進行跟蹤觀測，最后綜合衛星跟蹤的幾何信息和衛星運動的動力信息來估計衛星初始狀態及相關物理參數。

精密定軌是在低精度的參考軌道（簡稱初軌）的基礎上，利用區域或全球跟蹤站的觀測數據對參考軌道予以改進。軌道改進的同時還可以根據需要解算整周模糊度、測站坐標、對流層延遲、地球自轉參數、天線相位中心偏差、地球質心偏差等參數。

由於衛星的攝動力比較複雜，導致難以得到任意時刻衛星位置和速度。因此，在建立攝動力模型之後，必須求出攝動加速度對衛星坐標、速度以及力模型參數的偏導數。

在建立線性化的觀測方程後，可根據實際情況選擇合適的參數估計方法對衛星的初始狀態及相關參數進行估值，再用估計的參數對衛星的運動方程積分即得到精密軌道。至此，衛星精密定軌問題就成了一個參數估計問題。我們可以把精密定軌的基本任務概括為對一個微分方程並不精確知道的動力學過程，使用帶有隨機誤差的觀測數據，以及不夠精確的初始狀態，求解在某種意義下衛星運動狀態的“最佳”估值。“最佳”就是在許多可能的解中按某種判據選取一個解。

GPS精密定位定軌的數學模型，主要由最小二乘法定位定軌（經典最小二乘法、加權最小二乘法、貝葉斯最小二乘法、多層分解貝葉斯加權最小二乘法、序貫加權最小二乘法等），濾波法定位定軌（經典kalman濾波、平方根信息濾波/平滑-SRIF/SRIS、擴展kalman濾波-EKF等）。