基于星载GPS的HY-2卫星高精度精密定轨研究

摘要

卫星定轨对人造地球卫星任务顺利执行起着关键性的作用。星载GPS技术提供了连续的、大量卫星跟踪卫星的观测数据，为人造气球卫星精密定轨工作提供了技术保障。HY-2卫星是我国第一颗测高卫星，携带有星载GPS接收机和卫星测高仪，需要高精度的卫星定轨（特别是径向），以获得厘米量级的海面高。因此，卫星精密定轨涉及到HY-2卫星任务顺利执行与否。基于此，本文做了如下工作：
　　（1）目前，HY-2已经于2011年8月16日发射升空，但现在无法取得实测GPS观测数据。为了精确研究利用星载GPS对HY-2卫星精密定轨流程的可行性和可靠性及其定轨精度，本文利用Bernese5.0软件进行了HY-2卫星星载GPS观测数据的模拟，由模拟的HY-2卫星RINEX格式文件可知，HY-2星载GPS天线每个历元最少能够观测7颗GPS卫星。得出了非差简化动力学和动态法精密定轨流程，分别采用了简化动力学方法和动态法进行了精密定轨实验。对于相位1mm和3mm随机误差的观测数据，简化动力学法和动态几何法定轨都实现了厘米量级的径向精密定轨，动态法定轨精度略低于简动力定轨。影响测高卫星精密定轨的一个重要因素是定轨中使用的地球重力场模型，对不同阶次的重力场模型EIGEN2、EGM96、TEG4和GEMT3进行了简化动力学定轨实验，高于50阶次的重力场模型都能够实现厘米量级径向精密定轨，这得益于大量的高精度星载GPS观测数据。
　　（2）为了验证利用GPS数据进行的HY-2卫星简化动力学定轨方法工艺的可靠性和可行性，利用的CHAMP卫星星载GPS数据进行简化动力学定轨。利用GFZ(德国地学研究中心)公布的CHAMP星载GPS观测资料和HY-2卫星定轨所提出的定轨流程，运用非差简化动力学定轨方法对CHAMP卫星进行精密定轨，并进行定轨精度分析。把定轨结果与GFZ公布的CHAMP RSO轨道（CHAMP卫星快速轨道）进行对比分析，得出在XYZ方向的轨道差异值，结果显示三个方向的均方根值分别为：0.053 m、0.054 m、0.050 m。由此结果来看，求解轨道可以达到厘米量级，达到定轨要求。不仅给出了可靠的定轨工艺，而且对我国执行的对地观测卫星任务具有重要的参考价值，同时也验证了利用HY-2卫星星载GPS数据进行简化动力学定轨的可行性。
　　（3） HY-2为测高卫星，由于无法获得HY-2的原始观测数据，采用了JASON-2卫星星载GPS数据进行零差简动力学定轨，以此验证测高卫星星载GPS的简动力学定轨的可行性，在相关理论和公式推导基础上，给出了定轨流程，并利用JASON-2的实测星载GPS数据进行了定轨工作。得出的轨道进行内符精度检核和外符精度检核，获得cm量级的定轨精度，达到定轨要求。验证了基于星载GPS的HY-2卫星简动力学定轨方法的可行性。

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1绪论

1.1选题背景及意义

1.2卫星定轨技术概述

1.3星载GPS定轨技术概述

1.4本文研究内容和章节安排

1.5 本章小结

2 基于GPS的简化动力学和动态法定轨原理

2.1 简化动力学定轨原理

2.2 动态法定轨原理

2.3 本章小结

3 HY-2卫星星载GPS数据模拟

3.1 星载GPS数据模拟原理

3.2 HY-2卫星星载GPS数据模拟

3.3 本章小结

4 基于星载GPS的HY-2卫星高精度定轨

4.1 HY-2简动力学定轨和动态法定轨实验

4.2 加入3mm的相位误差时模拟定轨

4.3 不同相位误差对简动力轨道的影响

4.4 不同地球重力场模型对HY-2精密简化动力学定轨的影响

4.5 本章小结

5 基于星载GPS的低轨测高卫星精密简动力定轨

5.1 基于星载GPS的CHAMP卫星精密简动力学定轨

5.2 基于星载GPS的JASON-2卫星精密简动力学定轨

5.3 本章结论

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间的主要成果

致谢