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星载GPS低轨卫星非差简化动力法精密定轨

高鹏  
【摘要】:低轨卫星为地球科学带来了革命性的发展阶段,而精密的卫星轨道则是卫星应用于其他科学研究的基础。当前低轨卫星的广泛应用,为低轨卫星精密定轨技术的发展提供了良好的外部环境。非差简化动力学法作为低轨卫星精密定轨的方法之一,充分利用卫星的几何和动力信息,在动力学模型和GPS观测值几何信息之间进行选权平衡,削弱动力学模型误差影响,定轨结果稳定,精度高。固研究低轨卫星的非差简化动力学精密定轨具有一定的意义。 论文第一部分首先阐述了卫星导航系统的发展及其目前国内外星载GPS低轨卫星精密定轨的研究现状,随后介绍了卫星精密定轨的基础理论,包括时间系统、坐标系统以及不同系统之间的转换。阐述了卫星无摄运动的二体问题,描述卫星受摄运动,分析各种摄动力对卫星轨道的影响量级及计算模型。同时介绍了低轨卫星的几何观测模型,主要的误差源及改正方法。 论文第二部分详细介绍了简化动力学法定轨的基本原理。以Bernese5.0软件为平台,设计了一套GRACE卫星精密定轨流程,采用2011年年积日213~243共31天的GRACE卫星星载GPS观测数据,通过非差简化动力学法解算GRACE_A卫星与GRACE_B卫星31天的简化动力学轨道,并将结果与JPL发布的事后科学轨道进行比较。结果显示,GRACE_A卫星在切向、法向和径向上的中误差分别为1.29cm、0.87cm和1.52cm;GRACE_B卫星在切向、法向和径向上的中误差分别为1.32cm、0.94cm和1.61cm。两者的3D-RMS值分别为2.17和2.28cm,精度都达到了厘米级。 论文最后部分简要介绍了卫星激光测距(SLR)的原理,采用2011年年积日213~243共31天SLR观测数据,检核GRACE_A卫星与GRACE_B卫星的轨道。结果显示,每天反算的站心距与SLR解算的站心距差值中误差均小于5cm,其中31天的平均中误差分别2.5cm与2.6cm。


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