2012年9月24日上午9點(diǎn)，首屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)年會(huì)在北京國家會(huì)議中心舉行。NASA著名科學(xué)家、華東師范大學(xué)教授董大南在大會(huì)中做了《北斗衛(wèi)星光壓模型改進(jìn)研究》的報(bào)告。

NASA著名科學(xué)家、華東師范大學(xué)教授董大南

　　以下為大會(huì)報(bào)告實(shí)錄：

　　各位來賓、領(lǐng)導(dǎo)和專家大家好!我是第一次參加這個(gè)會(huì)，也不知道該說什么，所以先跟北斗專家的請教，問北斗當(dāng)前國內(nèi)最迫切需要解決的是一些什么問題，說其中一個(gè)問題是需要解決北斗光壓模型問題，我說那我就把這方面自己的體會(huì)和大家交流一下，希望各位領(lǐng)導(dǎo)和專家批評指正。

　　北斗現(xiàn)在有兩個(gè)方面，一個(gè)是大家談得很多，產(chǎn)業(yè)化、民用化，另外是為下一代的發(fā)展打基礎(chǔ)，就是為今后的提高精度，高端用戶和高精度用戶，所以要解決這個(gè)問題，里面有很多技術(shù)問題，其中光壓模型是一個(gè)非常突出的問題。首先講一下現(xiàn)在對北斗衛(wèi)星軌道我們借助一下GPS來看一看有什么可以值得我們借鑒的。對衛(wèi)星軌道擾動(dòng)最大的實(shí)際上是地球重力場，其次才是光壓模型。但是地球的重力場，包括太陽和行星的重力場，他已經(jīng)有非常好的精確模型，所以真正沒有模型，沒有解決好的真正問題是光壓，在有太陽光壓、衛(wèi)星日輻射、地球的輻射等等問題這里面關(guān)鍵的還是光壓模型。

　　這個(gè)光壓模型它在物理上來說，是太陽輻射的光壓常數(shù)，實(shí)際上這個(gè)常數(shù)并不是真正的常數(shù)，這個(gè)常數(shù)有的是一年的，太陽黑子周期，有的觀測已經(jīng)顯示它不是常規(guī)的常數(shù)，所以這是復(fù)雜的原因。它可以擾動(dòng)的，可以生成的直接光壓，它的表面反射包括鏡面反射和慢反誰兩種，由于它吸收光壓以后，它可以發(fā)熱，大概是光壓的10%左右，還有地球反射的壓力，還有由于天線板沒有完全放平造成的問題，所以建立光壓模型要考慮的因素還是比較多的。這里面還有衛(wèi)星光壓是衛(wèi)星形狀和材料也有關(guān)系，所以衛(wèi)星形狀，它不是一個(gè)很標(biāo)準(zhǔn)的球形，所以它的形狀比較復(fù)雜，它的形狀比較復(fù)雜以后，還會(huì)產(chǎn)生反射的刺激壓力模型，包括它還會(huì)產(chǎn)生力矩，這種光壓對衛(wèi)星的擾動(dòng)機(jī)理，必須要卸載之后才能維持衛(wèi)星的正常運(yùn)行。另外太陽板帶天空不是不動(dòng)的，它要不斷旋轉(zhuǎn)，才能使太陽板對準(zhǔn)太陽，發(fā)揮最大的發(fā)電效應(yīng)。所以隨著衛(wèi)星的移動(dòng)，它的太陽能電池板必須要不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，這就使衛(wèi)星的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)非常復(fù)雜，所以建立光壓模型的時(shí)候，對太陽能板的轉(zhuǎn)動(dòng)，尤其是在地影下面的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)是非常難解決的問題。在地球的陰影下，這個(gè)光壓是為0，這時(shí)候電池板運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜，下面就是給出了它是先進(jìn)入半影，然后進(jìn)入本影，由于地球的半徑，所以它的半影不是那么清晰，所以它有一部分光線會(huì)進(jìn)入半影里面。更嚴(yán)格來說，地球還不是圓形，是橢圓形，所以你必須把地球的橢率考慮進(jìn)去。包括有的時(shí)候光影在一天之內(nèi)也會(huì)被月亮很短時(shí)間的擋住，所以這些因素我們都要考慮。

　　那么負(fù)陰影的時(shí)候，感應(yīng)器失靈以后，一方面它原來是慣性運(yùn)動(dòng)，另外光壓板必須進(jìn)入反向運(yùn)動(dòng)，它必須完成180度的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)GPS來講，GPS就是在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候轉(zhuǎn)不干凈，它還有半個(gè)小時(shí)的調(diào)整時(shí)間，所以使它的衛(wèi)星估計(jì)很不準(zhǔn)確，導(dǎo)致ITS取消了衛(wèi)星的中差，而在第二代衛(wèi)星上在把這個(gè)問題解決了，所以這個(gè)時(shí)候光壓模型是最難解決的就是動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的問題?，F(xiàn)在介紹一下現(xiàn)有GPS光壓模型，最簡單的是1987年搞的時(shí)候一個(gè)物理模型，這個(gè)非常簡單，但是誤差比較大。然后這是第一代GPS的制造商，建立了一個(gè)GPS衛(wèi)星的Rochwall模型，這個(gè)模型最大的問題就是精度不是很高，后來就擴(kuò)展到ECOM模型，它是運(yùn)用周期運(yùn)動(dòng)的力，它的精度可以比Rochwall精度提高一兩倍。另外是GPI建的模型，他覺得他的東西是最好的，別人的有偏差，他們是混合的模型，他們一個(gè)是在太陽光下的模式，一個(gè)是進(jìn)入混合動(dòng)力的模式，所以它考慮了兩種不同狀況下衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)。還有一個(gè)叫UCL的模型，它這個(gè)比較復(fù)雜，但是精度更高一些，它的主要貢獻(xiàn)就是考慮了衛(wèi)星體的光二次反射。

　　這個(gè)是太陽對衛(wèi)星的半長軸的擾動(dòng)，是一個(gè)周期性的運(yùn)動(dòng)，對衛(wèi)星的偏析率是增加，它的偏差可以達(dá)到40公里。下面講一下我們自己的考慮，對改進(jìn)北斗光壓模型的考慮，我們就要借鑒和吸收GPS建立光壓模型的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，所以走北斗自己的路，盡量的要打倒甚至超過GPS的光壓模型水平。

　　首先是對現(xiàn)有北斗衛(wèi)星姿態(tài)要進(jìn)行了解，我們假定沒有能力拿到北斗衛(wèi)星姿態(tài)測量的實(shí)際數(shù)據(jù)，那么我們只能根據(jù)衛(wèi)星軌道參差，利用各種模擬軌道計(jì)算，首先要知道北斗衛(wèi)星是怎么旋轉(zhuǎn)的，據(jù)說它的旋轉(zhuǎn)還和GPS不一樣，把這個(gè)要搞清楚。另外就是把北斗衛(wèi)星的精度和它的積累要明確，因?yàn)檐壍赖馁Y料要若干年，不然的話你擬合的不是真正的光壓，你會(huì)把其他因素吸收進(jìn)去。鑒于北斗為系統(tǒng)在亞洲還比較好，所以我們要以實(shí)際資料來確定那個(gè)弧端的選取。首先就是要把現(xiàn)有GPS模型進(jìn)行匹配，我們看一下和別的衛(wèi)星匹配如何，然后建立我們自己的模型，以物理模型為主，然后建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ贕PS建設(shè)光壓模型他們吃很大的虧就是沒有考慮到光壓像素的問題，這個(gè)我們搞模型的都有體會(huì)，有些模型在地面測試得好好的，但是一到天空就變了，原因就是在地面測試的時(shí)候，你把其他問題都排除了然后測它，但是到了天上以后，所有參數(shù)都是高度相關(guān)，高度相關(guān)有什么都變了，所以GPS吃了很大的虧，所以我們從一開始就要把所有參數(shù)的高度相關(guān)性考慮在鎳，所有參數(shù)如何互相之間的相關(guān)變化，這是一門藝術(shù)，它的應(yīng)用是這樣，就是我們下面測定是兩個(gè)方向，如果給予一般用戶，我們給予統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對于高精度的我們要擬合，擬合的時(shí)候不見得所有參數(shù)都要參加擬合，因?yàn)樗歉叨认嚓P(guān)，只有一部分參數(shù)參加才是最佳的，到底是哪一部分，這個(gè)要經(jīng)過高度參數(shù)方面的理論實(shí)踐。那么沒有高度參數(shù)參加的，它的參數(shù)跑到哪兒去了，這些都要我們給出定量研究，使得北斗衛(wèi)星精度得到盡量提高。

　　這是我的一些個(gè)人體會(huì)，希望能夠?qū)Υ蠹矣兴鶇⒖肌Ｖx謝!

　　(以上報(bào)告內(nèi)容為現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核)