固定模糊度的GRACE-FO卫星简化动力学定轨精度分析

龚家博 周星宇 陈 剡 张明远

1 武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉市珞喻路129号，430079

GRACE-FO卫星是美国航空航天局(NASA)和德国地学中心(GFZ)联合研制的、继GRACE卫星后的新一代编队卫星。两颗GRACE-FO(GRACE-C与GRACE-D)卫星于2018-05-22发射，运行在高度约为491.5 km、轨道倾角为89°的近极地轨道上，并且在同一轨道上相距约220 km。为了得到高精度的卫星轨道和地球重力场模型，GRACE-FO卫星搭载星载GPS接收机、高精度K波段测距系统(KBR，K-band ranging)、卫星激光测距系统(SLR，satellite laser ranging)、恒星相机(SCA，star camera assembly)以及其他器件[1]。其中，两颗GRACE-FO卫星搭载的TriG接收机，最多能够同时跟踪16颗GPS卫星，观测值的采样频率可达到1 Hz。KBR提供的两颗卫星之间的高精度距离信息(10 μm以内)不仅能够用于恢复重力场，也能够用于检验并改善卫星轨道精度。星跟踪器(star trackers)的测量数据可用于确定卫星姿态，从而使加速度计数据从星固系旋转到惯性参照系。此外，不同于GRACE卫星搭载的单向星间测距系统(inter-satellite ranging system)，GRACE-FO使用激光干涉测距系统(LRI，laser ranging interferometer)，这意味着其能够进一步评估LRI在编队卫星中测距的表现与性能，同时为未来空间重力测量任务的改进奠定基础[2-3]。重力场、地球水体变化及大气模型等产品的获得均需要建立在高精度卫星轨道的基础上，因此对GRACE-FO卫星进行精密定轨研究具有重要意义。

由于GPS卫星能够提供连续、全弧段、高精度的跟踪观测值，自星载GPS技术在TOPEX/Poseidon任务成功应用以来，已逐渐成为低轨卫星精密轨道确定(POD，precise orbit determination)的重要技术手段，并成功应用于大量低轨卫星计划中。研究表明，利用GPS星载观测值，基于简化动力学的定轨方法，CHAMP卫星能够实现亚dm级的定轨精度[4]。……