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基于星载GPS的HY-2卫星高精度精密定轨模拟研究(英文)

HY-2卫星是我国第一颗测高卫星,其径向定轨精度要求厘米量级,搭载了星载GPS接收机。目前HY-2还处于测试阶段,没有公布观测数据。为了确定基于星载GPS的HY-2精密定轨流程及其定轨精度,本文模拟了HY-2卫星星载GPS观测数据,结果表明HY-2星载GPS天线每个历元至少观测7颗GPS卫星。给出了基于星载GPS的精密定轨流程,分别采用简化动力学方法和动态几何法进行了精密定轨实验。对于相位1mm和3mm随机误差的相位观测数据,简化动力学法和动态几何法定轨都能够实现厘米量级的径向精密定轨,几何法定轨精度略低于简化动力定轨。地球重力场模型是影响HY-2卫星精密定轨的重要因素,本文对不同阶次的重力场模型EIGEN2、EGM96、TEG4和GEMT3进行了简化动力学定轨实验,高于50阶次的重力场模型都能够实现厘米级径向精密定轨,主要原因在于大量的高精度星载GPS观测数据和重力场模型精度的提高。     

零次差分CHAMP卫星简动力定轨和SLR轨道验证

采用零次差分简化动力法对CHAMP卫星GPS相位观测资料进行精密轨道计算,并将计算结果与CHAMP快速轨道进行比对.结果表明X,Y、Z方向差值均方根为0.061 m,0.060 m与0.066 m,精度达到了厘米级;同时利用全球人卫激光观测数据对所求轨道进行验证,表明其精度优于20 cm.     

基于GPS数据的CHAMP卫星简化动力法轨道确定

利用CHAMP卫星星载GPS实测数据,通过非差简化动力学定轨的方法,计算了CHAMP卫星2008年3月3日～10日的轨道,并以GFZ的快速轨道作为参考标准,评价了本文简化动力法轨道精度.结果表明,CHAMP卫星非差简化动力学轨道1D位置精度可达到7cm,1D的速度精度可达到0.1mm/s.     

SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明:SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7~10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局(ESA)发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2~5cm,切向轨道差值RMS为2~5cm,法向轨道差值RMS为2~4cm,3D轨道差值RMS为4~7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。     

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伪随机脉冲估计及其在简化动力学定轨中的应用

研究了简化动力学定轨方法中伪随机脉冲的定义、特征及估计的数学模型。结合CHAMP星栽GPS实测数据，讨论了不同力学模型及观测值情况下的随机脉冲的估计，并分析了随机脉冲在不同情形下的大小变化及其对定轨精度的调节作用。结果表明，随机脉冲的大小和使用的力学模型、是否估计经验参数及使用的观测值精度有关系。在力学模型误差较大的情况下，随机脉冲的设置能有效地补偿和吸收模型误差，从而提高定轨精度。     

CHAMP卫星快速科学轨道数据的使用及精度评定

指出了德国GFZ数据中心提供的CHAMP卫星快速科学轨道数据存在的两个问题，即：1)轨道数据文件开始、结束段精度较低；2)轨道数据中存在粗差。针对这些问题，给出了CHAMP卫星快速科学轨道数据的拼接及粗差探测方法。利用德国慕尼黑技术大学提供的精密约化动力法轨道对CHAMP卫星快速轨道数据的精度进行了评估。结果表明：CHAMP卫星快速科学轨道的位置精度在10～20cm左右，速度精度为0．3～0．5mm／s。     

HY-2B星载GPS数据质量及简化动力学精密定轨分析

对HY-2B卫星星载GPS数据进行质量检查,分析伪随机脉冲先验值对简化动力学精密定轨的影响。结果发现,在所有时间间隔中,先验标准差为1×10^-8 m/s²时定轨精度最高,最优伪随机脉冲时间间隔为6 min。估计天线相位中心变化（PCV）,分析不同分辨率（10°×10°、5°×5°）PCV模型对定轨结果的影响,并使用载波相位残差、重叠轨道比较和SLR检核对定轨结果进行检验。结果表明,99%以上的历元能观测到4颗以上GPS卫星,数据完整率达到99.65%,L1、L2波段的多路径误差RMS均值分别为15.7 cm、9.5 cm,证明HY2国产接收机性能良好。轨道内符合精度均达到cm级;未加PCV模型时,SLR检核RMS值为27.8 mm,加入10°×10°、5°×5° PCV模型后,SLR检核RMS值分别提高0.9 mm和1.2 mm,说明轨道外符合精度也达到cm级。     

Highly-reduced dynamic orbits and their use for global gravity field recovery: A simulation study for GOCE

The so-called highly reduced-dynamic (HRD) orbit determination strategy and its use for the determination of the Earth’s gravitational field are analyzed. We discuss the functional model for the generation of HRD orbits, which are a compromise of the two extreme cases of dynamic and purely geometrically determined kinematic orbits. For gravity field recovery the energy integral approach is applied, which is based on the law of energy conservation in a closed system. The potential of HRD orbits for gravity field determination is studied in the frame of a simulated test environment based on a realistic GOCE orbit configuration. The results are analyzed, assessed, and compared with the respective reference solutions based on a kinematic orbit scenario. The main advantage of HRD orbits is the fact that they contain orbit velocity information, thus avoiding numerical differentiation on the orbit positions. The error characteristics are usually much smoother, and the computation of gravity field solutions is more efficient, because less densely sampled orbit information is sufficient. On the other hand, the main drawback of HRD orbits is that they contain external gravity field information, and thus yield the danger to obtain gravity field results which are biased towards this prior information.