GRACE卫星非差运动学定轨

摘要

低轨卫星已经被大量的应用于地球重力场反演、海洋监测、地形测绘等领域，这些应用都需要高精度的卫星轨道信息。星载GPS(Global Position System)技术因其全天候、连续、自主、定轨质量高等特点而被广泛使用。本文采用GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星星载数据，利用批处理最小二乘的方法计算出厘米级运动学轨道，与JPL(Jet Propulsion Laboratory)约化动力学轨道比较，并分析预处理中各误差对定轨影响。本文主要内容包括：　　(1)介绍了利用低轨卫星星载数据定轨的研究背景和意义，概述了星载GPS技术的发展和三种卫星定轨方法的研究现状。　　(2)介绍了常用的时间系统和坐标系统，借助SOFA软件实现了常用的坐标系统和时间系统的转换。　　(3)详细介绍了低轨卫星非差运动学定轨的基本原理和数学模型，以及星载GPS低轨卫星定轨中存在的误差源和相应的改正措施。　　(4)对Blewitt及其改进的周跳探测方法进行了介绍，并将几种方法进行对比。结果表明：FBMWA和STPIR组合的方法能够更加准确的探测周跳。　　(5)分析各个误差改正对定轨结果的影响。结果表明：轨道插值采用9阶拉格朗日插值，插值误差达到厘米级；钟差插值有厘米级也有分米级，利用CODE钟差产品定轨结果优于IGS钟差产品；合适的设置高度截止角设置既能保证不剔除过多历元又得到较好结果；相位中心偏差对定轨结果影响为分米级；相对论效应对定轨结果影响达到5~10米。　　(6)采用无电离层组合，把组合模糊度设置为未知数，利用批处理最小二乘方法迭代求解，得到厘米级GRACE卫星轨道，并与JPL参考轨道作进行比较。统计一个月的轨道差异，GRACE-A卫星三个方向的精度(RMS)均值为4.13cm、4.51cm、4.34cm，GRACE-B卫星三个方向的精度(RMS)均值为3.89cm、3.80cm、4.40cm。　　(7)GRACE卫星运动学轨道在空间上的分布特征为：受HDOP、可见卫星数和GPS监测站分布的影响，GRACE卫星几何轨道的空间分布呈现出三个特征，其一是定轨精度在陆地区域优于海洋区域，其二是整体精度分布呈现出低纬部分精度低于高纬度部分，其三是北纬60?区域精度较北极区域更高。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 星载GPS低轨卫星定轨进展

1.2.2 星载GPS低轨卫星定轨方法

1.3 GRACE卫星

1.4 论文主要研究内容及结构

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 论文结构

第2章 卫星定轨的基础理论

2.1 时间和坐标系统

2.1.1 时间系统

2.1.2 坐标系统

2.2 观测模型

2.2.1 观测方程及线性化

2.2.2 线性组合

2.2.3 主要误差源及改正

2.3 GPS精密单点定位技术参数估计及精度评定

2.3.1 参数估计方法

2.3.2 精度评定

2.4 本章小结

第3章 周跳探测与修复

3.1 周跳的概念

3.2 常用的周跳探测与修复方法

3.2.1 Blewitt方法

3.2.2 Compre方法

3.2.3 FBMWA和STPIR方法

3.3 几种周跳探测方法的比较

3.4 本章小结

第4章 GRACE卫星非差运动学定轨

4.1 定轨总体流程

4.2.1 轨道和钟差插值误差影响

4.2.2截止高度角设置影响

4.2.3相位中心偏差(PCO)影响

4.2.4相对论效应改正误差影响

4.2.5精度衰减因子(DOP:Dilution of Precision)

4.3 伪距定轨精度分析

4.4 载波相位定轨精度分析

4.5 定轨结果的空间分布特征

4.5.1 精度衰减因子和可视卫星数

4.5.2 可视卫星数

4.5.3 GPS监测站分布

4.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文