单星模糊度固定的整数相位钟法及在低轨卫星定轨中的应用
2021-04-28张厚喆谷德峰
邵 凯,易 彬,张厚喆,谷德峰
1. 国防科技大学文理学院,湖南 长沙 410073; 2. 中山大学物理与天文学院天琴中心,广东 珠海 519082
低轨卫星及其编队被广泛应用于空间环境监测[1]、地球磁场研究[2]、地球重力场探测[3]以及合成孔径雷达干涉测量[4]等一系列科学任务。精密轨道和基线确定是低轨卫星及其编队有效利用卫星载荷完成上述任务及其应用的基础和重要保障。目前,基于星载双频GPS约化动力学定轨技术,低轨卫星单星相位模糊度浮点解的事后绝对定轨精度达到2~3 cm[5-6]。编队卫星星间基线的高精度确定主要依靠双星相对定轨技术,通过对近距离编队飞行卫星的相位数据进行差分,消除接收机端和GPS卫星端公共的偏差项,进一步固定双差模糊度,从而实现高精度相对轨道确定。基于双差模糊度固定的星间基线确定精度达到毫米甚至亚毫米级[7-8]。单台GPS接收机相位模糊度固定技术可以有效提高低轨卫星单星绝对定轨精度[9],同时可应用于具有不同轨道高度和卫星类型的多星复杂编队的星间基线确定[10]。
常用的单星模糊度固定方法主要有整数相位钟法[11]、小数周偏差法[12]和钟差解耦法[13],3种方法虽然在产品和算法实现上存在一些差异,但其数学模型是等价的[14-15]。法国CNES/CLS (the Centre National d′Etudes Spatiales and Collecte Localisation Satellites)分析中心自2009年开始公开发布GPS卫星端宽巷偏差和整数相位钟产品[16],该产品被广泛应用于利用整数相位钟法实现单星模糊度固定的低轨卫星精密定轨中。文献[17—18]分别研究了单星模糊度固定解的Sentinel-3A和Swarm卫星约化动力学定轨方法,结果表明,单星模糊度固定解的绝对定轨精度与浮点解相比提高了30%~50%。……
