2012年9月24日上午9点，首届中国卫星导航与位置服务年会在北京国家会议中心举行。NASA著名科学家、华东师范大学教授董大南在大会中做了《北斗卫星光压模型改进研究》的报告。
NASA著名科学家、华东师范大学教授董大南
以下为大会报告实录：
各位来宾、领导和专家大家好!我是第一次参加这个会，也不知道该说什么，所以先跟北斗专家的请教，问北斗当前国内最迫切需要解决的是一些什么问题，说其中一个问题是需要解决北斗光压模型问题，我说那我就把这方面自己的体会和大家交流一下，希望各位领导和专家批评指正。
北斗现在有两个方面，一个是大家谈得很多，产业化、民用化，另外是为下一代的发展打基础，就是为今后的提高精度，高端用户和高精度用户，所以要解决这个问题，里面有很多技术问题，其中光压模型是一个非常突出的问题。首先讲一下现在对北斗卫星轨道我们借助一下GPS来看一看有什么可以值得我们借鉴的。对卫星轨道扰动最大的实际上是地球重力场，其次才是光压模型。但是地球的重力场，包括太阳和行星的重力场，他已经有非常好的精确模型，所以真正没有模型，没有解决好的真正问题是光压，在有太阳光压、卫星日辐射、地球的辐射等等问题这里面关键的还是光压模型。
这个光压模型它在物理上来说，是太阳辐射的光压常数，实际上这个常数并不是真正的常数，这个常数有的是一年的，太阳黑子周期，有的观测已经显示它不是常规的常数，所以这是复杂的原因。它可以扰动的，可以生成的直接光压，它的表面反射包括镜面反射和慢反谁两种，由于它吸收光压以后，它可以发热，大概是光压的10%左右，还有地球反射的压力，还有由于天线板没有完全放平造成的问题，所以建立光压模型要考虑的因素还是比较多的。这里面还有卫星光压是卫星形状和材料也有关系，所以卫星形状，它不是一个很标准的球形，所以它的形状比较复杂，它的形状比较复杂以后，还会产生反射的刺激压力模型，包括它还会产生力矩，这种光压对卫星的扰动机理，必须要卸载之后才能维持卫星的正常运行。另外太阳板带天空不是不动的，它要不断旋转，才能使太阳板对准太阳，发挥最大的发电效应。所以随着卫星的移动，它的太阳能电池板必须要不断转动，这就使卫星的动力学状态非常复杂，所以建立光压模型的时候，对太阳能板的转动，尤其是在地影下面的动力学状态是非常难解决的问题。在地球的阴影下，这个光压是为0，这时候电池板运动状态非常复杂，下面就是给出了它是先进入半影，然后进入本影，由于地球的半径，所以它的半影不是那么清晰，所以它有一部分光线会进入半影里面。更严格来说，地球还不是圆形，是椭圆形，所以你必须把地球的椭率考虑进去。包括有的时候光影在一天之内也会被月亮很短时间的挡住，所以这些因素我们都要考虑。
那么负阴影的时候，感应器失灵以后，一方面它原来是惯性运动，另外光压板必须进入反向运动，它必须完成180度的转动，根据GPS来讲，GPS就是在转动的时候转不干净，它还有半个小时的调整时间，所以使它的卫星估计很不准确，导致ITS取消了卫星的中差，而在第二代卫星上在把这个问题解决了，所以这个时候光压模型是最难解决的就是动力学状态的问题。现在介绍一下现有GPS光压模型，最简单的是1987年搞的时候一个物理模型，这个非常简单，但是误差比较大。然后这是第一代GPS的制造商，建立了一个GPS卫星的Rochwall模型，这个模型最大的问题就是精度不是很高，后来就扩展到ECOM模型，它是运用周期运动的力，它的精度可以比Rochwall精度提高一两倍。另外是GPI建的模型，他觉得他的东西是最好的，别人的有偏差，他们是混合的模型，他们一个是在太阳光下的模式，一个是进入混合动力的模式，所以它考虑了两种不同状况下卫星的运动。还有一个叫UCL的模型，它这个比较复杂，但是精度更高一些，它的主要贡献就是考虑了卫星体的光二次反射。
这个是太阳对卫星的半长轴的扰动，是一个周期性的运动，对卫星的偏析率是增加，它的偏差可以达到40公里。下面讲一下我们自己的考虑，对改进北斗光压模型的考虑，我们就要借鉴和吸收GPS建立光压模型的经验和教训，所以走北斗自己的路，尽量的要打倒甚至超过GPS的光压模型水平。
首先是对现有北斗卫星姿态要进行了解，我们假定没有能力拿到北斗卫星姿态测量的实际数据，那么我们只能根据卫星轨道参差，利用各种模拟轨道计算，首先要知道北斗卫星是怎么旋转的，据说它的旋转还和GPS不一样，把这个要搞清楚。另外就是把北斗卫星的精度和它的积累要明确，因为轨道的资料要若干年，不然的话你拟合的不是真正的光压，你会把其他因素吸收进去。鉴于北斗为系统在亚洲还比较好，所以我们要以实际资料来确定那个弧端的选取。首先就是要把现有GPS模型进行匹配，我们看一下和别的卫星匹配如何，然后建立我们自己的模型，以物理模型为主，然后建立经验模型。在GPS建设光压模型他们吃很大的亏就是没有考虑到光压像素的问题，这个我们搞模型的都有体会，有些模型在地面测试得好好的，但是一到天空就变了，原因就是在地面测试的时候，你把其他问题都排除了然后测它，但是到了天上以后，所有参数都是高度相关，高度相关有什么都变了，所以GPS吃了很大的亏，所以我们从一开始就要把所有参数的高度相关性考虑在镍，所有参数如何互相之间的相关变化，这是一门艺术，它的应用是这样，就是我们下面测定是两个方向，如果给予一般用户，我们给予统一标准，对于高精度的我们要拟合，拟合的时候不见得所有参数都要参加拟合，因为它是高度相关，只有一部分参数参加才是最佳的，到底是哪一部分，这个要经过高度参数方面的理论实践。那么没有高度参数参加的，它的参数跑到哪儿去了，这些都要我们给出定量研究，使得北斗卫星精度得到尽量提高。
这是我的一些个人体会，希望能够对大家有所参考。谢谢!
(以上报告内容为现场速记，未经本人审核)
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