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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

郭恒洋 郭金运 杨洲铭 齐林虎 赵春梅

郭恒洋, 郭金运, 杨洲铭, 齐林虎, 赵春梅. 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[J]. 全球定位系统, 2021, 46(3): 24-32. doi: 10.12265/j.gnss.2021022301
引用本文: 郭恒洋, 郭金运, 杨洲铭, 齐林虎, 赵春梅. 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[J]. 全球定位系统, 2021, 46(3): 24-32. doi: 10.12265/j.gnss.2021022301
GUO Hengyang, GUO Jinyun, YANG Zhouming, QI Linhu, ZHAO Chunmei. Reduced-dynamic and kinematic orbit determination of Jason-3 based on satellite-borne GPS data[J]. GNSS World of China, 2021, 46(3): 24-32. doi: 10.12265/j.gnss.2021022301
Citation: GUO Hengyang, GUO Jinyun, YANG Zhouming, QI Linhu, ZHAO Chunmei. Reduced-dynamic and kinematic orbit determination of Jason-3 based on satellite-borne GPS data[J]. GNSS World of China, 2021, 46(3): 24-32. doi: 10.12265/j.gnss.2021022301

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

doi: 10.12265/j.gnss.2021022301
详细信息
    作者简介:

    郭恒洋:(1996—),男,硕士研究生,研究方向为低轨卫星精密定轨

    郭金运:(1969—),男,博士,教授,研究方向为空间大地测量、海洋大地测量和物理大地测量

    杨洲铭:(1995—),男,硕士研究生,研究方向为低轨卫星精密定轨

    通讯作者:

    郭金运 E-mail:jinyunguo1@126.com

  • 中图分类号: P228

Reduced-dynamic and kinematic orbit determination of Jason-3 based on satellite-borne GPS data

  • 摘要: 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0.7~0.8 cm,运动学轨道的RMS值在0.50~0.55 cm;简化动力学轨道重叠部分径向RMS值达到0.32 cm,运动学轨道重叠部分径向RMS值达到1.12 cm;与国际DORIS服务(IDS)官方提供的参考轨道对比,简化动力学轨道径向精度达到1.47 cm,运动学轨道径向精度达到4.36 cm;利用SLR观测数据进行核验,简化动力学轨道精度整体优于2.1 cm,运动学轨道精度整体优于3.3 cm. 通过实验证明:Jason-3卫星的简化动力学轨道和运动学轨道的精度均达到cm级.

     

  • 图  1  Jason-3卫星定轨技术路线

    图  2  载波相位残差RMS

    图  3  2019-01-25—01-31 DOY 25—31重叠轨道对比差异图

    图  4  简化动力学轨道和运动学轨道分别与参考轨道对比结果图

    图  5  单天SLR轨道检核残差RMS值

    表  1  Jason-3卫星简化动力学定轨策略

    项目描述
    地球重力场EIGEN2
    海潮FES2004
    固体潮TIDE2000
    单日极移IERS2010XY
    GPS天线相位模型igs08.atx
    伪随机脉冲参数每15 min估计一组
    截至高度角/(°)5
    采样率/s30
    参考轨道时间系统GPST
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    表  2  数据来源

    数据文件数据来源
    星载GPS观测数据文件
    (30 s)
    CNES(ftp://ftp-access.aviso.altimetry.fr)
    GPS卫星精密星历文件
    (15 min)
    CODE(ftp://ftp.aiub.unibe.ch/CODE)
    GPS卫星钟差文件
    (30 s)
    CODE(ftp://ftp.aiub.unibe.ch/CODE)
    地球自转参数文件CODE(ftp://ftp.aiub.unibe.ch/CODE)
    Jason-3卫星精密轨道文件(1 min)IDS(https://ids-doris.org)
    SLR观测数据文件NASA(https://cddis.nasa.gov/archive/slr)
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    表  3  载波相位残差RMS值汇总统计 mm

    轨道最小值最大值平均值标准差RMS
    简化动力学4.822.37.22.67.6
    运动学3.515.75.11.95.4
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    表  4  重叠轨道对比残差7天汇总统计结果 cm

    轨道轨道方向最小值最大值平均值标准差RMS
    简化动力学
    轨道
    R−1.201.13−0.020.320.32
    T−4.071.790.050.970.97
    N−1.331.270.140.530.55
    运动学轨道R−4.554.70−0.021.121.12
    T−4.924.42−0.101.161.16
    N−1.014.851.150.841.42
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    表  5  简化动力学轨道和运动学轨道分别与参考轨道对比7天汇总结果统计 cm

    轨道轨道方向最小值最大值平均值标准差RMS
    简化动力学
    轨道
    R−12.817.07−0.201.451.47
    T−10.106.610.052.532.53
    N−8.390.46−2.951.213.19
    运动学轨道R−14.9720.56−0.304.354.36
    T−16.4120.43−0.214.264.27
    N−12.198.30−2.182.753.51
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    表  6  SLR轨道检核7天汇总结果统计 cm

    轨道测站数NP数最小值最大值平均值标准差RMS
    简化
    动力学
    轨道
    7901−3.183.230.820.692.02
    运动学轨道7901−0.848.29−0.401.263.28
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  • [1] DUMONT J P, ROSMORDUC V, CARRERE L, et al. Jason-3 products handbook[R/OL]. (2017-01-16)[2021-02-23]. https://www.nodc.noaa.gov/media/pdf/jasonz/j3_user_handbook.pdf
    [2] 周旭华, 王晓慧, 赵罡, 等. HY2A卫星的GPS/DORIS/SLR数据精密定轨[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2015, 40(8): 1000-1005.
    [3] 郭金运, 黄金维, 胡建国, 等. 由星载GPS双差相位数据进行CHAMP卫星动力学定轨[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2006, 31(3): 213-217.
    [4] 张德成, 郑作亚, 刘娴, 等. 基于星载GPS数据的GRACE卫星动力学法定轨[J]. 全球定位系统, 2013, 38(5): 1-4. DOI: 10.3969/j.issn.1008-9268.2013.05.001
    [5] YUNCK T P, BERTIGER W I, WU S C, et al. First assessment of GPS-based reduced dynamic orbit determination on TOPEX/Poseidon[J]. Geophysical research letters, 1994, 21(7): 541-544. DOI: 10.1029/94GL00010
    [6] JÄGGI A, HUGENTOBLER U, BEUTLER G. Pseudo-stochastic orbit modeling techniques for low-earth orbiters[J]. Journal of geodesy, 2006(80): 47-60. DOI: 10.1007/s00190-006-0029-9
    [7] HAINES B, BAR-SEVER Y, BERTIGER W, et al. One-centimeter orbit determination for Jason-1: new GPS-based strategies[J]. Marine geodesy, 2004, 27(1-2): 299-318. DOI: 10.1080/01490410490465300
    [8] 秦建, 郭金运, 孔巧丽, 等. 基于星载GPS的CHAMP卫星精密简动力定轨[J]. 全球定位系统, 2011, 36(5): 41-45. DOI: 10.3969/j.issn.1008-9268.2011.05.010
    [9] 秦建, 郭金运, 孔巧丽, 等. Jason-2卫星星载GPS数据cm级精密定轨[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2014, 39(2): 137-141.
    [10] 张德志, 孔巧丽, 张令纲. JASON-3卫星星载GPS厘米级精密定轨[J]. 测绘科学, 2020, 45(1): 42-47.
    [11] 杨洲铭, 郭金运, 夏要伟, 等. GRACE-FO卫星简化动力学精密定轨研究[J]. 地球物理学进展, 2020, 35(5): 1710-1716.
    [12] ZHOU M Y, LIU X, GUO J Y, et al. An enhanced method for detecting and repairing the cycle slips of dual-frequency onboard GPS receivers of LEO satellites[J]. Journal of sensors, 2020: 1-17. DOI: 10.1155/2020/8817626
    [13] LIN H Q, GUO J Y, XIA Y W, et al. Effect of higher-order ionospheric delay on precise orbit determination of GRACE-FO based on satellite-borne GPS technique[J]. IEEE access, 2021(99): 29841-29849. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3059296
    [14] 郑作亚. GPS数据预处理和星载GPS运动学定轨研究及其软件实现[D]. 上海: 上海天文台, 2004.
    [15] 张守建, 李建成, 邹贤才, 等. GRACE卫星非差运动学精密定轨分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2010, 35(6): 679-682.
    [16] 张兵兵, 牛继强, 王正涛, 等. Swarm系列卫星非差运动学厘米级精密定轨[J]. 测绘学报, 2021, 50(1): 27-36.
    [17] GUO J Y, QIN J, KONG Q L, et al. On simulation of precise orbit determination of HY-2 with centimeter precision based on satellite-borne GPS technique[J]. Applied geophysics, 2012, 9(1): 95-107. DOI: 10.1007/s11770-012-0319-3
    [18] 夏要伟, 郭金运, 刘路, 等. 基于运动学和简化动力学的SWARM卫星精密定轨研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2019, 39(4): 392-398.
    [19] DACH R, ANDRITSCH F, ARNOLD D, et al. Bernese GNSS software version 5.2[M]. Astronomical Institute, University of Bern, 2015. DOI: 10.7892/boris.72297.
    [20] GUO J Y, HOU R, ZHOU M S, et al. Monitoring 2019 forest fires in southeastern australia with GNSS technique[J]. Remote sensing, 2021, 13(3): 386. DOI: 10.3390/rs13030386
    [21] MONTENBRUCK O, GILL E. Satellite orbits: models, methods and applications[M/OL]. [2021-01-20]. The Observatory, 2001(121): 182. https://www.researchgate.net/profile/Eberhard-Gill-2/publication/234506679_Book_Review_Satellite_orbits_models_methods_and_applications_Springer_2000/links/54ddb8c80cf28a3d93fa2df2/Book-Review-Satellite-orbits-models-methods-and-applications-Springer-2000.pdf
    [22] BOCK H, JAGGI A, MEYER U, et al. GPS-derived orbits for the GOCE satellite[J]. Journal of geodesy, 2011, 85(11): 807-818. DOI: 10.1007/s00190-011-0484-9
    [23] 韩保民, 朱秀英, 柳林涛, 等. 伪随机脉冲估计及其在简化动力学定轨中的应用[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2007, 32(5): 466-469.
    [24] 赵春梅, 程鹏飞, 益鹏举. 基于伪随机脉冲估计的简化动力学卫星定轨方法[J]. 宇航学报, 2011(4): 762-766. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2011.04.009
    [25] 吴显兵. 星载GPS低轨卫星几何法定轨及动力学平滑方法研究[D]. 郑州: 解放军信息工程大学, 2004.
    [26] 郭金运, 孔巧丽, 常晓涛, 等. 低轨卫星精密定轨理论与方法[M]. 北京: 测绘出版社, 2014: 130.
    [27] LIU M M, YUAN Y B, OU J K, et al. Research on attitude models and antenna phase center correction for Jason-3 satellite orbit determination[J]. Sensors, 2019, 19(10): 2408. DOI: 10.3390/s19102408
    [28] 魏锦德, 黄张裕, 海美, 等. GPS天线相位中心误差的检测与改正[J]. 测绘科学技术学报, 2012, 29(6): 410-413, 417.
    [29] 胡志刚, 赵齐乐, 郭靖, 等. GPS天线相位中心校正对低轨卫星精密定轨的影响研究[J]. 测绘学报, 2011, 40(增刊): 34-38.
    [30] 周忠谟, 易杰军. GPS卫星测量原理与应用[M]. 北京: 测绘出版社, 1992.
    [31] GUO J Y, WANG Y C, SHEN Y, et al. Estimation of SLR station coordinates by means of SLR measurements to kinematic orbit of LEO satellites[J]. Earth planets and space, 2018, 70(1). DOI: 10.1186/s40623-018-0973-7
    [32] XIA Y W, LIU X, GUO J Y, et al. On GPS data quality of GRACE-FO and GRACE satellites: effects of phase center variation and satellite attitude on precise orbit determination[J]. Acta geodaetica et geophysica, 2021(56): 93-111. DOI: 10.1007/s40328-020-00324-2
    [33] 秦显平, 焦文海, 程芦颖, 等. 利用SLR检核CHAMP卫星轨道[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2005, 30(1): 38-41.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-23
  • 网络出版日期:  2021-06-29
  • 刊出日期:  2021-06-30

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