重力场模型对Swarm卫星精密定轨的影响分析

方文豪; 孔巧丽; 李长松; 张德志; 张令纲; 王田发

doi:10.12265/j.gnss.2021083102

重力场模型对Swarm卫星精密定轨的影响分析

doi: 10.12265/j.gnss.2021083102

山东科技大学测绘与空间信息学院, 山东青岛266590

详细信息

作者简介:
方文豪：(1996—)，男，硕士研究生，研究方向为卫星定位与导航

孔巧丽：(1979—)，女，博士生导师，副教授，主要研究方向为卫星定位与导航，地球自转参数解算等

李长松：(1998—)，男，硕士研究生，研究方向为多系统卫星定位

通讯作者:
孔巧丽 E-mail：kqlabc3334@163.com

中图分类号: P228.4
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出版历程
- 收稿日期: 2021-08-31
- 网络出版日期: 2021-12-30

Analysis of the effect of gravity field models on precise orbit determination of Swarm satellites

College of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China

摘要

摘要: 采用星载GPS观测数据与简化动力学定轨方法，在方程中引入伪随机脉冲参数，从而实现对Swarm卫星的精密定轨. 详细分析了不同阶次的GOCO06s地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响，对比了PGM2000a、EIGEN-2、EGM2008以及GECO重力场模型展开到100阶次时Swarm卫星解算的轨道精度. 结果表明：当GOCO06s地球重力场模型阶次处于30～100阶次时，Swarm-A、Swarm-B和Swarm-C卫星在径向、切向、法向上的定轨精度随着GOCO06s阶次的不断增加而越来越高，而在高于100阶次时，定轨精度基本稳定，且在各方向定轨精度优于3 cm. 此外，采用100阶次GECO、EGM2008和GOCO06s模型对三颗Swarm卫星进行定轨，解算的轨道精度相当，且要高于同阶次其他重力场模型的定轨结果.
- 简化动力学定轨 /
- 伪随机脉冲参数 /
- Swarm卫星 /
- 精密定轨 /
- 重力场模型
Abstract: In order to obtain the precise orbits of the Swarm satellite, the satellite-borne GPS data and reduced-dynamic orbit determination method are adopted, and the pseudo-stochastic pulse parameters are introduced into the equation. The influence of GOCO06s Earth gravity field model with different degree on the accuracies of the solved orbits for Swarm satellite are analyzed in detail, and the orbit accuracies of Swarm satellite are investigated and compared using PGM2000a, EIGEN-2, EGM2008 and GECO gravity field models with 100 degree. The results show that when the degree of GOCO06s gravity field model increase between 30 and 100, the orbit accuracies of Swarm-A, Swarm-B and Swarm-C satellite in radial, tangential and normal directions will be higher and higher. However, when the degree is higher than 100, the orbit determination accuracy is basically stable, and the orbit determination accuracy is better than 3 cm in all directions. In addition, the EGM2008, GECO and EGM2008 GOCO06s models with 100 degree are used to determine the orbit of three Swarm satellites. The orbit accuracy of the solutions is equivalent and higher than that of other gravity field models of the same degree.
- reduced-dynamic orbit determination /
- pseudo-stochastic pulse parameters /
- Swarm satellite /
- precise orbit determination /
- gravity field model

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图 1 采用30阶次GOCO06s地球重力场模型解算的轨道与参考轨道差异

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图 2 采用80阶次GOCO06s地球重力场模型解算的卫星轨道与参考轨道差异

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图 3 采用120阶次GOCO06s地球重力场模型解算的卫星轨道与参考轨道差异

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表 1 Swarm卫星简化动力学定轨模型及处理策略

类别	所采用的模型及设置
行星星历	JPL DE405
单日极移	IERS2010XY
地球重力场	PGM2000a、EIGEN-2、EGM2008、 GECO、GOCO06s
固体潮	TIDE2000
海潮	FES2004
星载GPS观测数据	码/相位观测值，1 s采样间隔
卫星高度截止角	5^o
GPS轨道	CODE提供的精密星历（15 min采样间隔）
GPS钟差	CODE提供的卫星钟差（30 s采样率）
GPS天线相位模型	igs08.atx
光压模型	ECOM模型
6个初始条件	a,e,i,ω,Ω，t₀
接收机钟差	历元估计
伪随机脉冲参数	径向、切向、法向
模糊度参数	非差模糊度估计

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表 2 采用不同阶次的GOCO06s地球重力场模型解算的卫星轨道与参考轨道差值 m

阶次	Swarm-A				Swarm-B				Swarm-C
阶次	径向	切向	法向	三维位置	径向	切向	法向	三维位置	径向	切向	法向	三维位置
30	0.877	3.684	2.110	4.335	0.371	0.725	0.604	1.014	0.875	3.781	1.362	4.113
50	0.066	0.081	0.100	0.144	0.041	0.058	0.064	0.096	0.069	0.083	0.098	0.146
80	0.011	0.020	0.016	0.028	0.010	0.017	0.014	0.024	0.012	0.018	0.019	0.029
100	0.010	0.018	0.014	0.024	0.009	0.016	0.013	0.023	0.009	0.016	0.016	0.024
120	0.009	0.018	0.014	0.024	0.009	0.016	0.013	0.023	0.008	0.016	0.015	0.024

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表 3 100阶次的不同重力场模型解算的Swarm卫星定轨结果与参考轨道差值RMS m

重力场模型	Swarm-A				Swarm-B				Swarm-C
重力场模型	径向	切向	法向	三维位置	径向	切向	法向	三维位置	径向	切向	法向	三维位置
PGM2000a	0.141	0.163	0.200	0.294	0.093	0.139	0.134	0.214	0.135	0.142	0.189	0.272
EIGEN-2	0.012	0.020	0.016	0.028	0.011	0.018	0.015	0.026	0.011	0.018	0.018	0.028
EGM2008	0.010	0.018	0.014	0.025	0.009	0.017	0.014	0.024	0.009	0.017	0.016	0.025
GECO	0.010	0.018	0.014	0.024	0.009	0.016	0.014	0.023	0.009	0.016	0.016	0.024

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参考文献(16)

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