CHAMP卫星简化动力学定轨

2022-03-10 08:06:40 | 浏览次数：

【摘要】根据卫星精密定轨理论，研究了CHAMP卫星非差简化动力学定轨的方法，并用单天数据进行解算，将结果与GFZ提供的RSO结果进行比较表明：简化动力学定轨在X、Y、Z方向上的均方差基本在5cm左右，结果良好。

【关键词】CHAMP卫星；非差简化动力学定轨；星载GPS

一、引言

低轨卫星在国民经济建设等方面有着广泛应用，为使卫星完成任务，卫星精密定轨显得尤为重要。随着卫星定位的应用，采用星载GPS定轨成为低轨卫星定轨的方法之一。星载GPS定轨按观测值分为非差、单差、双差，按是否考虑摄动力及与摄动力模型的关系分为动力学定轨、几何法定轨及简化动力学定轨。本文采用非差简化动力学定轨的方法，以CHAMP卫星为例进行了研究分析。

二、简化动力学模型

将作用于LEO卫星的力分为：除二体中心引力以外的保守力与非保守力，则运动方程为[1-3]：

（1）

其中，为卫星的加速度；为二体中心引力；，分别为保守力和非保守力。

上述SLR动力学定轨随轨道高度降低轨道精度急剧下降，采用简化动力学模型，并通过估计载体速度随机噪声，用与时间有关的随机脉冲参数来吸收卫星动力学模型的误差。由于随机速度脉冲参数并不是每个历元都估计，而是每隔一段时间估计一次，因此把这种速度脉冲称伪随机脉冲。

简化动力学与完全动力方法的差异在于使用较少的力学模型，在定轨中，一般在某些方向上按一定的间隔设置伪随机脉冲参数，具体为在径向、切向和法向按一定的时间间隔各预置一组随机脉冲用来吸收力学模型误差。对于引入的随机参数，特点在于给予一个期望值及先验权。其公式为[5]：

（2）

代表先验的单位权，对于给予的先验方差，以此来决定。此先验权将制约想要求解的参数，使欲求解的参数值不会偏离期望值太远。最后根据无电离层LC组合，再搭配简化动力学模型，采用最小二乘估计的方法得到卫星位置。

三、算例分析

四、与GFZ提供的（RSO）轨道的比较

CHAMP卫星非差简化动力学定轨结果与GFZ提供的（RSO）轨道的残差图分别为：图1～3。图中，横坐标为历元，纵坐标分别为X、Y、Z三个方向上的偏差。

上述残差统计及图示可以得出：利用一天数据，单从这次解算的结果来看，非差简动力学定轨在X、Y、Z方向上的均方差分别为： 0.0467m、 0.0487m 、0.0651m。基本在5cm左右，结果良好。