Reduced-dynamic and kinematic orbit determination of Jason-3 based on satellite-borne GPS data
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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.Abstract: The satellite-borne GPS data are used to determine precise orbit of Jason-3 satellite with the reduced-dynamic method and the kinematic method. The orbital accuracy is assessed by the carrier phase residual analysis, overlapping orbit comparison, comparison with reference orbit and satellite laser ranging (SLR) checks. The result show that the variation range of phase residuals for reduced-dynamic orbit is 0.7 cmto 0.8 cm, the variation range of phase residuals for kinematic orbit is 0.50 cm to 0.55 cm. The radial root mean square (RMS) error of the reduced-dynamic overlapping orbits is 0.32 cm, and the same error of the kinematic overlapping orbits is 1.12 cm. Compared with the reference orbits released by international DORIS service(IDS), the radial RMS of reduced-dynamic orbits is about 1.47 cm, and the radial RMS of kinematic orbits is about 4.36 cm. Results of SLR checks show that the reduced-dynamic orbital accuracy is better than 2.1 cm, and the kinematic orbital accuracy is better than 3.3 cm. The experimental results proved that the accuracy of both reduced-dynamic and kinematic orbits of Jason-3 altimetry satellite were at centimeter level, which could meet the accuracy requirements of satellite orbit.
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Key words:
- Jason-3 /
- satellite-borne GPS /
- precise orbit determination /
- reduced-dynamic method /
- kinematic method /
- SLR check
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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/s 30 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 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 −1.20 1.13 −0.02 0.32 0.32 T −4.07 1.79 0.05 0.97 0.97 N −1.33 1.27 0.14 0.53 0.55 运动学轨道 R −4.55 4.70 −0.02 1.12 1.12 T −4.92 4.42 −0.10 1.16 1.16 N −1.01 4.85 1.15 0.84 1.42
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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 −12.81 7.07 −0.20 1.45 1.47 T −10.10 6.61 0.05 2.53 2.53 N −8.39 0.46 −2.95 1.21 3.19 运动学轨道 R −14.97 20.56 −0.30 4.35 4.36 T −16.41 20.43 −0.21 4.26 4.27 N −12.19 8.30 −2.18 2.75 3.51
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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7 901 −3.18 3.23 0.82 0.69 2.02 运动学轨道 7 901 −0.84 8.29 −0.40 1.26 3.28
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