Effect of PCV and attitude on the precise orbit determination of Jason-3 satellite
Effect of PCV and attitude on the precise orbit determination of Jason-3 satellite
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PCV和姿态对Jason-3卫星精密定轨的影响
DOI：
10.1515/jag-2021-0052
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发表时间：
2022-01
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Zhou Shanshi
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li kai;Zhou Xuhua;Guo Nannan;Zhou Shanshi
摘要卫星姿态模式和天线相位中心变化对低轨卫星精密定轨有很大影响。航天器姿态、相位中心偏移和POD变化的不准确信息会导致轨道误差。Jason-3卫星经历了固定、正弦、斜升/斜降和偏航翻转等复杂姿态模式。因此，在POD过程中，特别是在没有外部姿态数据的情况下，有必要适当地构建姿态模型。在天线相位中心校正中，通常可以在地面上准确地校正出天线参考点（阿普）与平均天线相位中心（MAPC）之间的偏差PCO，但瞬时天线相位中心（IAPC）与平均天线相位中心（MAPC）之间的偏差PCV会随着空间环境的变化而发生很大的变化。残差方法可用于估计接收器PCV图。本文收集了Jason-3卫星2019年1月的星载GPS数据，通过简化动态POD分析了PCV和航天器姿态对轨道精度的影响。与法国国家空间研究中心（CNES）公布的参考轨道相比，使用PCV图可使径向（R）、沿轨（T）、跨轨（N）和三维方向的轨道差均方根（RMS）分别减小约0.3、1.0、0.9和1.4 mm。根据估计的PCV图，利用实测姿态数据，在R、T、N和3D方向上的轨道精度分别为1.24、2.81、1.17和3.29 cm。当使用姿态模型时，在R、T、N和3D方向上的轨道精度分别为1.60、3.54、1.33和4.13 cm。结果表明，将实测姿态数据与模型PCV图相结合可以得到较好的轨道解。在没有姿态数据和PCV图的情况下，建立相应的模型是高精度定轨的关键。
Abstract Satellite attitude modes and antenna phase center variations have a great influence on the Precise Orbit Determination (POD) of Low Earth Orbit satellites (LEOs). Inaccurate information about spacecraft attitude, phase center offsets and variations in the POD leads to orbital error. The Jason-3 satellite experienced complex attitude modes which are fixed, sinusoidal, ramp-up/down and yaw-flip. Therefore, it is necessary to properly construct the attitude model in the process of POD especially when there is no external attitude data. For the antenna phase center correction, the PCO which is the deviation between Antenna Reference Point (ARP) and Mean Antenna Phase Center (MAPC) usually can be calibrated on the ground accurately, but the PCV which is the deviation between Instantaneous Antenna Phase Center (IAPC) and Mean Antenna Phase Center (MAPC) will change greatly with the change of space environment. Residual approach can be used to estimate the receiver PCV map. In this paper, we collected the on-board GPS data of Jason-3 satellite from January 2019 and analyzed the impacts of PCV and spacecraft attitude on the orbit accuracy by performing the reduced-dynamic POD. Compared with the reference orbit released by the Centre National d’Études Spatiales (CNES), using the PCV map can reduce the Root Mean Square (RMS) of orbit differences in the Radial (R), Along-track (T), Cross-track (N) and 3D direction about 0.3, 1.0, 0.9, and 1.4 mm. Based on the estimated PCV map, the orbit accuracy in R, T, N and 3D direction is 1.24, 2.81, 1.17, and 3.29 cm respectively by using the measured attitude data. When using the attitude model, the orbit accuracy in R, T, N and 3D directions is 1.60, 3.54, 1.33, and 4.13 cm, respectively. The results showed that the combination of measured attitude data and modeled PCV map can obtain the better orbit solution. It is essential to build a corresponding model in high-precision orbit determination, when there is no attitude data and PCV map.
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M. Bloßfeld;J. Zeitlhöfler;S. Rudenko;D. Dettmering
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