Jason-2卫星星载GPS数据cm级精密定轨

Jason-2卫星为测高卫星,需要cm级的轨道精度。利用Jason-2星载GPS数据,采用简化动力学法进行了Jason-2卫星精密定轨。对简化动力学轨道进行重叠轨道对比,径向精度达到1.19cm;与CLASS提供的POE结果对比,径向精度达到5.54cm;与SLR数据进行对比,整体精度达到6.63cm。因此,简化动力学轨道达到了cm级要求,定轨精度良好。     

利用星载GPS数据确定厘米级Jason-1卫星精密轨道

利用Jason-1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Jason-1卫星2003年1月3日至23日的轨道,并与JPL确定的GPS简化动力学轨道进行对比。结果表明,简化动力法使Jason-1卫星的径向定轨精度可优于±2.5 cm。     

重力卫星星载GPS简化动力学精密定轨

利用GRACE和SWARM重力卫星星载GPS观测数据,基于简化动力学方法进行精密定轨,通过相位观测值残差分析、重叠轨道对比和科学轨道对比进行轨道精度检核。GRACE和SWARM卫星相位观测值残差RMS值稳定在6 mm左右,重叠轨道对比差值RMS在径向、切向和法向均优于1.24 cm;通过与GFZ和ESA提供的GRACE卫星与SWARM卫星精密轨道对比,GRACE卫星简化动力学轨道在R,T,N方向的轨道精度分别达到1.3 cm、2.1 cm和1.3 cm;SWARM卫星简化动力学轨道在径向、切向和法向的轨道精度分别达到0.8 cm、1.3 cm和1.6 cm。实验表明,基于简化动力学方法,GRACE和SWARM卫星定轨精度均到达厘米级。     

基于星载GPS数据的Jason-3卫星简化动力学和运动学法精密定轨

利用Jason-3星载GPS观测数据,采用简化动力学方法和运动学方法对Jason-3卫星进行精密定轨研究.通过载波相位残差、重叠轨道对比、参考轨道对比和卫星激光测距(SLR)轨道检核四种方式评定轨道精度.计算相位残差均方根(RMS)值,简化动力学轨道的RMS值在0.7～0.8cm,运动学轨道的RMS值在0.50～0.5...     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件(PANDA软件)的基础上,解算了2002年年积日126~131 dCHAMP卫星的精密轨道,并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示,本文的轨道精度在径向为4~5 cm,切向和法向为6~8 cm。     

资源三号03星星载GPS精密定轨与精度评价

针对资源三号03星精密轨道精度评定的问题,该文对资源三号03星星载GPS观测数据进行质量分析,采用简化动力学方法,实现了资源三号03星精密轨道确定,从重叠弧段分析内符合和激光测距检核外符合两个方面评估了资源三号03星精密轨道精度。结果表明,资源三号03星精密定轨内符合精度达到1 cm,外符合精度达到3 cm。精密轨道总体精度达到厘米级,可为资源三号03星遥感影像和激光测高几何精度提升提供高精度的卫星轨道信息。     

GRACE卫星非差精密定轨精度分析

随着星载GPS接收机性能和精密轨道、钟差产品精度的提高,星载GPS观测技术已成为确定CHAMP、GRACE和GOCE等低轨卫星精密轨道的重要手段。文章以GRACE卫星为例,分别利用非差弱动力法和非差运动学方法精密确定其轨道,并将结果和美国喷气动力实验室(JPL)事后精密轨道对比。结果表明:GRACE卫星非差弱动力法和非差运动学定轨精度均可达到厘米级;在使用相同的星历、钟差等产品时,弱动力法定轨精度略微优于运动学方法。此外,本文采用超快预报精密星历实时确定GRACE卫星轨道时精度也优于10cm。     

Swarm卫星星载GPS精密定轨方法及精度分析

Swarm星座是ESA的首个用于测量来自地球核心、地幔、地壳、海洋、电离层等区域磁场信息的对地观测卫星星座。而高精度的轨道信息正是其有效利用卫星载荷完成上述任务的前提条件。目前国内关于Swarm卫星精密定轨的研究较少,为此建立并推导了Swarm卫星精密定轨的动力学模型、观测模型以及它们之间的数学关系,详细给出了Swarm卫星精密定轨模型与实现过程。针对Swarm卫星精密定轨中姿态数据的处理问题提出了相应的解决方案。利用Swarm卫星星载GPS实测数据,采用约化动力学定轨方法进行Swarm卫星精密定轨实验。通过轨道衔接点位置差异、与外部精密轨道比较以及SLR验证等精度评定方法分析表明:基于星载GPS的Swarm卫星约化动力学定轨各方向的精度都优于3 cm。     

低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度检核方法

基于星载GNSS的低轨卫星精密定轨是目前大地测量领域的研究热点,也是解决我国对地观测卫星精密轨道确定最有效的手段。讨论了目前低轨卫星星载GNSS精密定轨的精度评价方法,并通过对GRACE卫星的实测和仿真数据的处理和分析,讨论了这些方法在不同观测条件下的有效性与局限性。     

HY-2卫星星载DORIS和SLR的cm级综合精密定轨仿真研究

为了实现cm级HY-2卫星精密定轨,提出了基于DORIS和SLR的HY-2卫星综合定轨方法。模拟了DORIS信标站与SLR跟踪站的观测数据,确定了定轨方法和流程,探讨了分别赋予不同观测精度时各定轨精度,并分别分析了不同的信标站分布以及两种观测技术综合精密定轨中权对定轨精度的影响。实验表明,观测精度的高低直接影响着单一技术的定轨精度;优化信标站的分布,可明显提高定轨精度并节约计算时间;多种技术综合定轨时,合理分配各观测量的权可使定轨精度达到最佳;分别赋予DORIS和SLR观测量0.3mm/s和10mm的权,则使HY-2卫星定轨精度达到cm级。     

Modeling GPS satellite attitude variation for precise orbit determination

High precision geodetic applications of the Global Positioning System (GPS) require highly precise ephemerides of the GPS satellites. An accurate model for the non-gravitational forces on the GPS satellites is a key to high quality GPS orbit determination, especially in long arcs. In this paper the effect of the satellite solar panel orientation error is investigated. These effects are approximated by empirical functions to model the satellite attitude variation in long arc orbit fit. Experiments show that major part of the long arc GPS orbit errors can be accommodated by introducing a periodic variation of the satellite solar panel orientation with respect to the satellite-Sun direction, the desired direction for solar panel normal vector, with an amplitude of about 1 degree and with a frequency of once per orbit revolution.     

GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度研究

影响GPS精密定轨的因素除卫星轨道初值外还取决于力模型的精度,而地球引力加速度是GPS卫星精密定轨力模型中最为重要的部分。为满足精密定轨需要,该文针对目前各IGS中心所采用的简化动力法,深入研究了GPS卫星精密定轨中的地球引力加速度,详细推导了相关公式并编写程序,先后选取7颗GPS卫星及1颗卫星进行计算验证,结果表明:该文所采用的算法得到的地球引力加速度的计算精度优于10E-11ms~(-2),并且当引力位模型阶数为8~12阶时,引力加速度无明显差异。     

基于EKF和自适应抗差滤波的星载GPS定轨方法

针对在星载GPS卫星定轨中由于卫星动力学模型误差和不可避免的观测异常严重影响定轨精度的问题,通过采用适当的自适应控制因子和应用抗差估计原理,构造自适应抗差扩展卡尔曼滤波(RAEKF)来实现星载GPS卫星定轨。实测计算表明,自适应抗差扩展卡尔曼滤波对观测误差和状态扰动有一定的抵制能力,与一般扩展卡尔曼滤波相比提高了精度,证明其理论的可行性。     

Swarm系列卫星非差运动学厘米级精密定轨

采用2015年5月24日—30日的Swarm星载GPS双频观测数据,基于Melbourne-Wübbena(MW)和消电离层线性组合,在精密单点定位技术的基础上,采用批处理最小二乘估计法对不同轨道高度的Swarm系列卫星进行非差运动学精密定轨。利用星载GPS相位观测值残差、与欧空局发布的简化动力学轨道对比,以及SLR检核3种方法对Swarm系列卫星非差运动学定轨结果进行精度评估。结果表明:①Swarm系列卫星星载GPS相位观测值残差RMS为6~7 mm;②与欧空局发布的简化动力学轨道进行求差,径向、切向及法向轨道差值RMS为2~4 cm;③与欧空局发布的运动学轨道进行求差,径向、切向及法向轨道差值RMS为1~2 cm;④SLR检核结果表明Swarm-A/B/C卫星轨道精度为3~4 cm。因此,采用非差运动学定轨方法与本文提供的定轨策略进行Swarm系列卫星精密定轨是切实可行的,定轨精度为厘米级。     

利用SLR检核GPS35卫星精密轨道

论述了利用SLR检核IGS提供的GPS卫星精密轨道的方法。采用2005年9月1日到30日的SLR观测数据对IGS提供的GPS35卫星精密轨道进行了检核实验,实验结果表明,SLR观测站存在一定的系统偏差,IGS提供的精密轨道没有明显的系统偏差,其精度优于2 cm。     

GPS卫星精密定轨中的摄动力分析

在介绍各种摄动模型的基础上,将IGS提供的SP3精密星历作为几何轨道,应用不同的摄动模型进行几何轨道平滑,求得卫星轨道的动力学参数,再用动力学参数积分求定卫星的轨道,将其与IGS提供的SP3精密星历进行比较,从而详细分析每一种摄动力对GPS轨道影响的量级,而且说明建立的GPS卫星轨道的摄动模型是比较准确的。     

陆态网GPS精密定轨方法与精度分析

介绍中国大陆构造环境监测网络精密定轨的方法和过程。基于2011-04-10到2011-04-19连续10d的IGS核心站观测数据,分别用全球120个IGS核心站和77个IGS核心站进行比较计算,并给出了精密定轨精度的统计分析结果。     

Beidou satellite maneuver thrust force estimation for precise orbit determination

Beidou satellites, especially geostationary earth orbit (GEO) and inclined geosynchronous orbit (IGSO) satellites, need to be frequently maneuvered to keep them in position due to various perturbations. The satellite ephemerides are not available during such maneuver periods. Precise estimation of thrust forces acting on satellites would provide continuous ephemerides during maneuver periods and could significantly improve orbit accuracy immediately after the maneuver. This would increase satellite usability for both real-time and post-processing applications. Using 1 year of observations from the Multi-GNSS Experiment network (MGEX), we estimate the precise maneuver periods for all Beidou satellites and the thrust forces. On average, GEO and IGSO satellites in the Beidou constellation are maneuvered 12 and 2 times, respectively, each year. For GEO satellites, the maneuvers are mainly in-plane, while out-of-plane maneuvers are observed for IGSO satellites and a small number of GEO satellites. In most cases, the Beidou satellite maneuver periods last 15–25 min, but can be as much as 2 h for the few out-of-plane maneuvers of GEO satellites. The thrust forces acting on Beidou satellites are normally in the order of 0.1–0.7 mm/s². This can cause changes in velocity of GEO/IGSO satellites in the order of several decimeters per second. In the extreme cases of GEO out-of-plane maneuvers, very large cross-track velocity changes are observed, namely 28 m/s, induced by 5.4 mm/s² thrust forces. Also, we demonstrate that by applying the estimated thrust forces in orbit integration, the orbit errors can be estimated at decimeter level in along- and cross-track directions during normal maneuver periods, and 1–2 m in all the orbital directions for the enormous GEO out-of-plane maneuver.     

Precise orbit determination for the FORMOSAT-3/COSMIC satellite mission using GPS

The joint Taiwan–US mission FORMOSAT-3/ COSMIC (COSMIC) was launched on April 17, 2006. Each of the six satellites is equipped with two POD antennas. The orbits of the six satellites are determined from GPS data using zero-difference carrier-phase measurements by the reduced dynamic and kinematic methods. The effects of satellite center of mass (COM) variation, satellite attitude, GPS antenna phase center variation (PCV), and cable delay difference on the COSMIC orbit determination are studied. Nominal attitudes estimated from satellite state vectors deliver a better orbit accuracy when compared to observed attitude. Numerical tests show that the COSMIC COM must be precisely calibrated in order not to corrupt orbit determination. Based on the analyses of the 5 and 6-h orbit overlaps of two 30-h arcs, orbit accuracies from the reduced dynamic and kinematic solutions are nearly identical and are at the 2–3 cm level. The mean RMS difference between the orbits from this paper and those from UCAR (near real-time) and WHU (post-processed) is about 10 cm, which is largely due to different uses of GPS ephemerides, high-rate GPS clocks and force models. The kinematic orbits of COSMIC are expected to be used for recovery of temporal variations in the gravity field.