基于双频星载GPS数据的LEO卫星运动学定轨研究

Ｒ ｎ ｉ ）， ａｇ ｇ）与动力学和简化动力学定轨精度相当． ｎ
关键词 天体力学，航天器，方法 ：数据分 析 中图分类号： Ｐ１ ３ ２ ； 文献 标识码： Ａ
１ 引言
基于双频星载 Ｇ Ｓ数据的 Ｌ Ｏ （ｏ ａ ｈＯ ｂ ｉ ） Ｐ Ｅ Ｌ ｗ Ｅ ｒ ｒｉｎ 卫星精密定轨始于 １９ 年发 ｔ ｔｇ ９２ 射的 Ｔ ｐｘＰ ｓ ｄ ｎ（ ｏ ｅ／ ｏｅ ｏ 以下简称 Ｔ Ｐ 卫星． Ｔ Ｐ卫星是首颗搭载双频星载 Ｇ Ｓ ｉ ／） ／ Ｐ 接收机 并成功利用星载 Ｇ Ｓ Ｐ 数据完成卫星定轨任务的低轨卫星 ［ ２ 卫星发射初期，预计星载 １】 －． Ｇ Ｓ定轨在径向约能达到 １ 精度，实际定轨结果表 明， Ｔ Ｐ卫星星载 Ｇ Ｓ Ｐ ３ｍ ｃ ／ Ｐ 定轨在 径 向达 到 了 ４ｃ 精度 ［ ２ 星载 Ｇ Ｓ在 Ｔ Ｐ卫星 上取得 的 巨大成 功为其 在 Ｌ Ｏ卫 星 ｍ １］ －． Ｐ ／ Ｅ
第５ ２卷 第 ６期 ２ １年 ｌ ０１ １月
天
文 学 报
Ｖ０１５ Ｎ Ｏ． ．２ ６ Ｎ Ｏ ，２ １ Ｖ． ０１
ＡＣＴＡ ＡＳ ＴＲＯＮＯＭ Ｉ ＣＡ Ｉ ＣＡ Ｓ ＮＩ
基 于双 频星载 ＧＰＳ数 据的 Ｌ Ｏ 卫星 Ｅ 运动学 定轨研 究木
彭冬 菊 十 吴 斌
补偿、动力平滑或数学方法平滑． 研究内容包括星载 Ｇ Ｓ Ｐ 数据预处理、 运动学定轨观测 方 程建立 、解 算参 数设置 以及解 算策 略 ．最后 以 Ｇ ＡＣ Ｒ Ｅ卫星 实测数 据为试 算数 据 ，通
过分 析 内符精度 、独 立轨道 比较 及 Ｓ Ｒ独 立检验 等方法 验证 本研 究方法 的有效 性和 可靠 Ｌ
上的各类力学模型 （ 如反演地球重力场、大气密度模型等） 的理想轨道．另外，由于运动
学 定轨仅 仅依 赖于 观测数 据质 量，因而 ，运动学 定 轨结果 可侧 面反 映 出观 测数 据质 量情 况及 ＧＰ Ｓ接收 机性 能．总的说 来 ，基 于星载 ＧＰ Ｓ数据 的 Ｌ Ｏ卫 星运 动学定 轨有 着广泛 Ｅ
上 的广泛 应 用奠定 了坚实 的基础 ． 目前 ，星载 ＧＰ Ｓ已成为 Ｌ Ｏ 卫 星精密 定轨最 常用 、 Ｅ 最 有效 的手段 之一 ． 基 于星 载 ＧＰ Ｓ数 据 的 Ｌ Ｏ卫 星精 密定 轨方 法大致 可分 为动 力学 、简化 动力 学和运 Ｅ 动学 定轨 ３类 ． 中动力 学和简 化动力 学定轨 方法是 目前 Ｌ Ｏ卫 星精密定 轨最常 用的方 其 Ｅ
法 ｆ Ｊ运动学定轨是星载 Ｇ Ｓ 卜７ ． Ｐ 技术特有的定轨方法， 这是由于 Ｇ Ｓ Ｐ 接收机在同一时刻 可接收到多颗 Ｇ Ｓ Ｐ 卫星信号， 因而能利用几何方法在不依赖于任何力学模型的情况下完 成任意时刻的 Ｌ Ｏ卫星定轨 ／ Ｅ 定位任务，这也是星载 Ｇ Ｓ Ｐ 技术 区别于其它卫星定轨技
（ 中国科学院上海天文台 上海 ２ ０ ３ ） ０ ０ ０ 轨方法，该方法不依赖于任何力学模型 （ Ｐ 地
球重力场、大气阻力及太阳辐射 压等） 尤其适 用于受大气阻力影 响严重的低轨卫星定轨 ． ，
基 于双频星载 ＧＰ Ｓ数据 ，研究 了运动学定轨原理 ，讨论 了数据预处理方法 ，建立了一套
的应用 前景 ，值 得深入 研 究探讨 ．
国 内外 学者对 运 动学定 轨 已有 相关研 究 ［８１］如 Ｂｓａｈ等 ［ 重 点研 究了基 于星 ６ －６ ， ， ｉ ｔ ｎ ９ ］ 载 ＧＰ Ｓ数 据的 Ｌ Ｏ 卫 星单 点定 位及 数学 平滑 方法 ， Ｍｏｔｎ ｒｃ【 和 Ｂ ｅ Ｅ ｎｅｂｕｋ８ ｌ ｏｋ等 Ｌｌ ｌ 重 ４ 点研 究 了基 于单频 ＧＰ Ｓ数据 的 Ｌ Ｏ 卫 星运动 学定 轨， Ｂ ｕ Ｅ ｙ ｎ等 ［－６重 点研 究 了差分 １ １ ５ ］ 运 动学定 轨 ，刘 经南 等 １重 点研 究 了几 何法 定 轨结 果 的力学 补偿及 动 力平 滑 ．本文 侧 ｌ］ 重 于研 究基 于双频 星载 Ｇ Ｓ数据 的纯 几何法 Ｌ Ｏ 卫星 运动学 定轨 ，未 经任何 力学模 型 Ｐ Ｅ
非差运 动学定轨算法． 并以 Ｇ Ａ Ｅ （ ｒｖ ｙＲ ｃｖｒ ｎ ｌ ｔ ｘ ｅ ｍ ｎ） Ｒ Ｃ Ｇ ａｉ ｅｏｅｙＡ ｄＣｉ ｅ ｐ ｒ ｅｔ Ａ、 ｔ ｍａ Ｅ ｉ 一
Ｂ 卫星 ２ ０ ０ ８年 ２月实测数据作为试算验证 了本研 究方法的有效性和可靠性． ＧＲ Ｅ ＡＣ 卫 星实测数据计算结果表 明：运 动学定 轨能达到 ５ｅ 精度 （ 于 Ｓ Ｒ （ ａｅ ｉ ａｅ ｍ 相对 Ｌ Ｓ ｔｌｔ Ｌ ｓｒ ｌｅ
５ ２卷
术 女 Ｌ 、 Ｄ Ｉ Ｄ ｐ ｌ ｂｔｇ ａ ｈ ｎ ａ ｉｐ ｓ ｉｎｎ ｔｇａｅ ｙＳ ｔｌｔ） 口Ｓ Ｒ ＯＲ Ｓ（ ｏ ｐｅ Ｏｒｉ ｒ ｐ ｙａ ｄＲ ｄｏ ｏ ｉｏ ｉｇＩ ｅ ｒｔｄｂ ａｅ ｉ ｒ ｏ ｔ ｎ ｌｅ
等 的显著 特征 ． 运 动学 定 轨不 依赖 于任何 先验 力 学模 型 （ 重 力场 、大 气 阻力 、太 阳辐 射压 模型 地球 等）是 一种纯 几何方法 定轨 ，尤其 适用 于受大 气阻力 等力学模 型 影响严 重的 Ｌ Ｏ卫 星定 ， Ｅ 轨．因而 ，若 能 实现高精 度 的 Ｌ ＥＯ卫星 运动 学定 轨，运动 学轨道 将会是 研 究作用 在卫星
２ １ —４ １ ０ １０ —３收到原稿 ， ２ １ — ５０ ０ １０ — ５收到修改稿
｝国家 自然科学基金项 目 （１００ ６ 及上海市 自然科学基金项 目 （０ Ｒ ４５ ０） １０ ３ ３） １ Ｚ １３８ ０ 资助
十ｐ ｏ ｇｕ ｈ ｏａ ．ｎ ｄ ｎ ｊ ＠ｓ ａ ．ｃａ
天 文 学 报
性．
２ 运 动学 定轨 原理
２１ 观测 方程 ．