2012年9月24日上午9點，首屆中國衛(wèi)星導航與位置服務年會在北京國家會議中心舉行。NASA著名科學家、華東師范大學教授董大南在大會中做了《北斗衛(wèi)星光壓模型改進研究》的報告。

NASA著名科學家、華東師范大學教授董大南

　　以下為大會報告實錄：

　　各位來賓、領導和專家大家好!我是第一次參加這個會，也不知道該說什么，所以先跟北斗專家的請教，問北斗當前國內最迫切需要解決的是一些什么問題，說其中一個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和大家交流一下，希望各位領導和專家批評指正。

　　北斗現(xiàn)在有兩個方面，一個是大家談得很多，產業(yè)化、民用化，另外是為下一代的發(fā)展打基礎，就是為今后的提高精度，高端用戶和高精度用戶，所以要解決這個問題，里面有很多技術問題，其中光壓模型是一個非常突出的問題。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)星軌道擾動最大的實際上是地球重力場，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鍵的還是光壓模型。

　　這個光壓模型它在物理上來說，是太陽輻射的光壓常數，實際上這個常數并不是真正的常數，這個常數有的是一年的，太陽黑子周期，有的觀測已經顯示它不是常規(guī)的常數，所以這是復雜的原因。它可以擾動的，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系，所以衛(wèi)星形狀，它不是一個很標準的球形，所以它的形狀比較復雜，它的形狀比較復雜以后，還會產生反射的刺激壓力模型，包括它還會產生力矩，這種光壓對衛(wèi)星的擾動機理，必須要卸載之后才能維持衛(wèi)星的正常運行。另外太陽板帶天空不是不動的，它要不斷旋轉，才能使太陽板對準太陽，發(fā)揮最大的發(fā)電效應。所以隨著衛(wèi)星的移動，它的太陽能電池板必須要不斷轉動，這就使衛(wèi)星的動力學狀態(tài)非常復雜，所以建立光壓模型的時候，對太陽能板的轉動，尤其是在地影下面的動力學狀態(tài)是非常難解決的問題。在地球的陰影下，這個光壓是為0，這時候電池板運動狀態(tài)非常復雜，下面就是給出了它是先進入半影，然后進入本影，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進入半影里面。更嚴格來說，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去。包括有的時候光影在一天之內也會被月亮很短時間的擋住，所以這些因素我們都要考慮。

　　那么負陰影的時候，感應器失靈以后，一方面它原來是慣性運動，另外光壓板必須進入反向運動，它必須完成180度的轉動，根據GPS來講，GPS就是在轉動的時候轉不干凈，它還有半個小時的調整時間，所以使它的衛(wèi)星估計很不準確，導致ITS取消了衛(wèi)星的中差，而在第二代衛(wèi)星上在把這個問題解決了，所以這個時候光壓模型是最難解決的就是動力學狀態(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年搞的時候一個物理模型，這個非常簡單，但是誤差比較大。然后這是第一代GPS的制造商，建立了一個GPS衛(wèi)星的Rochwall模型，這個模型最大的問題就是精度不是很高，后來就擴展到ECOM模型，它是運用周期運動的力，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，他們一個是在太陽光下的模式，一個是進入混合動力的模式，所以它考慮了兩種不同狀況下衛(wèi)星的運動。還有一個叫UCL的模型，它這個比較復雜，但是精度更高一些，它的主要貢獻就是考慮了衛(wèi)星體的光二次反射。

　　這個是太陽對衛(wèi)星的半長軸的擾動，是一個周期性的運動，對衛(wèi)星的偏析率是增加，它的偏差可以達到40公里。下面講一下我們自己的考慮，對改進北斗光壓模型的考慮，我們就要借鑒和吸收GPS建立光壓模型的經驗和教訓，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)測量的實際數據，那么我們只能根據衛(wèi)星軌道參差，利用各種模擬軌道計算，首先要知道北斗衛(wèi)星是怎么旋轉的，據說它的旋轉還和GPS不一樣，把這個要搞清楚。另外就是把北斗衛(wèi)星的精度和它的積累要明確，因為軌道的資料要若干年，不然的話你擬合的不是真正的光壓，你會把其他因素吸收進去。鑒于北斗為系統(tǒng)在亞洲還比較好，所以我們要以實際資料來確定那個弧端的選取。首先就是要把現(xiàn)有GPS模型進行匹配，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，然后建立經驗模型。在GPS建設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，這個我們搞模型的都有體會，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，所有參數都是高度相關，高度相關有什么都變了，所以GPS吃了很大的虧，所以我們從一開始就要把所有參數的高度相關性考慮在鎳，所有參數如何互相之間的相關變化，這是一門藝術，它的應用是這樣，就是我們下面測定是兩個方向，如果給予一般用戶，我們給予統(tǒng)一標準，對于高精度的我們要擬合，擬合的時候不見得所有參數都要參加擬合，因為它是高度相關，只有一部分參數參加才是最佳的，到底是哪一部分，這個要經過高度參數方面的理論實踐。那么沒有高度參數參加的，它的參數跑到哪兒去了，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。

　　這是我的一些個人體會，希望能夠對大家有所參考。謝謝!

　　(以上報告內容為現(xiàn)場速記，未經本人審核)