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PRARE及其应用于ERS-2精密定轨的研究

张飞鹏  
【摘要】:PRARE(Precise Range And Range-rate Equipment)是二十世纪九十年代由德国发展 的一种双频、双程、空基、微波卫星跟踪系统,可以为人造卫星提供精密的距离和距离变化率两 种观测,单次观测精度分别为2.5-6.5cm和0.1mm/s,标准点精度为1cm和0.015mm/s. PRARE系统具有全天候、全自动、观测数据密集、地面站易于流动等优点.其空间部分自1995 年4月起搭载在欧洲空间局的第二颗资源遥感卫星ERS-2上,并正常工作至今. 本文分析了PRARE提供的跟踪数据,并将其用于ERS-2卫星的精密定轨.主要内容如下: 1.介绍了PRARE系统的构成和工作、测量原理,给出了PRARE系统的观测模型,重点是基 于空间的双程距离变化率模型。 2.分析了ERS-2卫星的表面几何模型和姿态变换特征,给出了卫星在任意方向上横截面积的计 算方法。 3.介绍了用于ERS-2卫星精密定轨的各种力学模型。重点分析了表面力(包括大气阻力和升 力、太阳光压、地球反照辐射压)模型,并针对实际情况作了适当的改进。在摄动量级估计的 基础上,对各种摄动因素作了取舍。 4.分析了PRARE观测的改正值.重点分析了对流层折射改正,对目前宣称精度较高的几个映 射函数作了比较,结果表明,在观测高度角5°以上,各映射函数相差无几。 5.分析了海洋负荷引起的台站水平位移对定轨计算的影响,认为在目前的解算精度水平上,海 洋负荷引起的台站水平位移不能忽略. 6.完成了精密定轨软件SHORDE的移植、调试,并将软件中的常数系统和各种模型按照IERS1996 规范作了更新,使定轨精度有了大幅度提高.将处理PRARE资料的功能和ERS-2卫星的 各种模型加入 SHORDE中,建立了综合利用SLR和PRARE资料进行ERS-2卫星精密 定轨的软件。 7.编写了数据剪辑程序PASEDT和DATEDT,对PRARE资料作了细致的预处理. 8.将方差分量估计(VCE)方法结合 Givens-Gentleman正交变换算法应用到卫星精密定轨 计算中,基本解决了多种资料综合定轨时观测资料的合理加权问题。同时,在对Helmert方 差分量估计方法深入分析的基础上,提出利用待估参数的先验信息来消除VCE结果中可能 出现的负方差,效果显著.讨论了先验约束强弱的设置和非整数自由度的问题.在此基础上, 编写了适用于人造卫星精密定轨的方差分量估计程序VACE。 1 <n> 9.根据试验计算,拟定了详细的 ERS-2定轨计算方案,计算了 1997年 ERS-2卫星的轨道。经 过多方面的检验,估计轨道的径向精度为3—5厘米,完全可以满足利用测高资料对海洋表 面研究的需要,法向精度为10—20厘米,可以满足合成孔径雷达干涉测量的需要.


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