GRACE-FO卫星简化动力学精密定轨研究

GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On)是美国和德国联合发射的两颗编队重力卫星,用于接替GRACE卫星继续对地球重力场进行观测.本文基于简化动力学方法,使用星载GPS观测数据,对GRACE-FO卫星进行精密定轨研究,通过载波相位残差分析、重叠轨道比较、与参考轨道对比、卫星激光测距检核和星间测距检核五种手段来评估轨道精度.结果表明:两颗GRACE-FO卫星载波相位残差均在6.7~7.2 mm之间,重叠轨道各方向RMS(Root Mean Square)精度在1 cm左右.与德国地学中心GFZ发布的参考轨道对比后发现,GRACE-FO卫星3D-RMS优于2 cm,其中径向和法向轨道残差RMS值均在1 cm左右,两颗卫星对应方向(如径向-径向)残差序列相关系数分别为0.80、0.65和0.79,证明两颗卫星轨道误差分布相关性较高.SLR(Satellite laser ranging)检核和KBR(K-band ranging)检核结果表明,解算的简化动力学轨道精度整体优于2.4 cm,与参考轨道精度无明显差异,GRACE-FO卫星简化动力学精密轨道反算得到的星间距精度达到1 cm.

新一代重力卫星简化动力学精密定轨实验分析

针对重力卫星轨道低,大气阻力和太阳光压等较为复杂难以模型化的问题,该文基于简化动力学方法,采用GRACE-FO星载GPS双频观测数据,结合CODE提供的精密星历与钟差产品对GRACE-FO卫星进行精密定轨实验与分析。通过与美国喷气动力实验室(JPL)官方提供的事后精密轨道对比、K波段测距系统(KBR)进行星间测距数据检核以及载波相位残差分析对定轨精度进行了评估。结果表明:两颗卫星轨道与JPL提供的参考轨道比较,径向、切向、法向RMS均小于2 cm,三维位置精度(3D-RMS)小于3 cm;载波相位残差RMS为6 mm。KBR星间测距对比结果表明,JPL参考轨道的距离精度优于1 cm,本文定轨解算的距离精度优于2 cm,无明显系统性偏差存在,定轨结果可靠。