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基于卫星激光测距的Jason-2卫星定轨光压参数对轨道精度的影响
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2021-02-04
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光压摄动模型是卫星动力学模型的主要误差源之一,定轨时是否考虑光压参数将影响轨道估计精度。在光压摄动的理论基础上,采用统计定轨方法,利用全球8个卫星激光测距(SLR)站观测值,对Jason-2卫星进行动力学定轨。采用内符合精度、外符合精度和重叠弧段比较三种评估手段,定量分析光压参数估计与否对轨道精度的影响。结果表明:三天估计一组光压参数计算的卫星轨道比不估计光压参数计算的卫星轨道的精度更高,且估计的轨道参数变化更平稳。
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激光与光电子学进展
中国激光
杂志社
基于卫星激光测距的
JasonG2
卫星定轨光压参数
对轨道精度的影响
桂 维 振
,
张 小 强
,
盛 传 贞
北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院
北京
中国航天科工信息技术研究院
北京
中国电子科技集团公司第五十四研究所
河北 石家庄
摘要
光压摄动模型是卫星动力学模型的主要误差源之一
定轨时是否考虑光压参数将影响轨道估计精度
在光压
摄动的理论基础上
采用统计定轨方 法
利用全球
个卫星激光测距
站观 测 值
对
卫星 进 行动力 学 定
轨
采用内符合精度
外符合精度和重 叠 弧段比 较 三种评 估 手段
定量 分 析光压 参 数估计 与 否对轨 道 精度的 影 响
结果表明
三天估计一组光压参数计算的卫星轨道 比 不 估 计 光 压 参 数 计 算 的 卫 星 轨 道 的 精 度 更 高
且估计的轨道参
数变化更平稳
关键词
测量
卫星激光测距
卫星
动力学定轨
光压参数
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
/
InfluenceofRadiationPressureParametersonOrbitAccurac
y
of
JasonG2SatelliteOrbitDeterminationBasedonSatelliteLaserRan
g
in
g
Schoolo
f
CivilandSurve
y
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En
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China
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p
Cor
p
oration
Shi
j
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Hebei
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改 稿日期
基金项目
北京工业职业技术学院重点课题
作者简介
桂维振
男
硕士
讲师
主要从事卫星导航与大地测量学方面的研究
通信联系 人
引
言
随着卫星激光测距
观测站点和数据量的增加
以及作用在卫星上各力学模型的优化和改进
激光与光电子学进展
对低轨卫星的精密定轨精度不断提高
使其成为目前高精度卫星测定轨方式之一以及卫星轨道精度校核的
主要手段之一
卫星是
和
的后续测高卫星
为了实现三颗卫星测高数据的衔接
卫星的轨
道精度必须达到
因此
在进行
卫星的轨道设计时
通过提高轨道高度以减小定轨时地球引力
场和大气阻力的影响
同时搭载全球定位系统
和星载多普勒无线电定轨定位系统
等多项
测定轨设备来提高定轨的精度
基于全球
观测网的低轨卫星精密轨道的确定
需要 估计 其运 动学 参数 和动 力学 参数
太阳 光压 模
型误差作为定轨的主要误差源之一
其可使卫星位 置产 生较 大的 漂移
要想 提高 基于
的低 轨卫 星
精密定轨精度
必须研究分析光压模型参数对低轨卫星
精密定轨的影响
关于估计光压参数对卫星轨
道确定精度的影响
国内外大部分学者的研究均集中在中轨导航卫星中
如李铁映等
分析了导航卫星光压
建模及表面光学特性
周杨淼等
提出了一种适用于导航卫星自主运行的高精度光压模型
宋小勇等
分析
了
光 压 模 型 参 数 估 计 方 法
以 及 该 模 型 对 于 三 种 不 同 类 型
卫 星 的 适 用 性
等
通过改进光压模型
提高了
卫星的定轨精度
近年来
国内外部分学者针对光压模型摄动开展了
模型改进及影响分析
并将中轨卫星光压模型 经改 进后 推广 至低 轨卫 星精 密定 轨中
如崔 文等
通过 仿真
计算分析评估了
模型运行中光压对卫星轨道半长轴和姿态的影响
等
将太阳
辐射压力先验模型应用于
显著提高了低轨 卫星
测距 精度
不同 构型 卫星 太阳 光压 摄动 模
型存在一定差异
因此
本文利用
卫星的
观测资料
定量研究了光压模型对低轨卫星
定轨
精度的影响
并得出了一些可供参考的结论
光压模型及其摄动原理
21
光压模型
由于太阳光压对卫星的影响与卫星相对于太阳的位置
姿态
太阳能帆板形状和帆板材料物理性质等多
种因素有关
因此很难建立精确的太阳光压动力学模型
目前太阳光压模型多采用半经验模型
即采用简化
的卫星光压模型加上经验 力 改 正 项
常 用 的 光 压 模 型 有
模 型
模 型
美 国 喷 气 实 验 室
光压模型
的
模型及
的
模型 等
的
模
型是基于
模型建立的一种改进光压模型
与
卫星动力学模型 中经 验力 参数 设置 方法 类
似
该模型在卫星的三个相互正交方向
R
T
和
N
方向
上分别使用三组参数来吸收残余摄动力影响
未模
型化的光压摄动力
可使定轨精度达到厘米级
22
光压摄动原理
太阳光压是太阳光子撞击卫星星体和太阳帆板后反射或被吸收后的能量转 化形 成的
其使 卫星 受到 光
压摄动力的影响
分析太阳光压摄动力的影响时
需要描述卫星的受照特性
由于 一般 装配 了帆 板的 卫星
表面相对复杂
因此
在轨道确定时
对卫星的建模一般会采用
的简化模型
在该模型中
卫星本
体被简化为长方体
卫星的太阳能帆板被当作一个围绕卫星
Y
轴旋转的长方体
在处理类似于长方体的卫
星太阳光压摄动时
可以将卫星分为星体部分和太阳帆板部分分别进行处理
光压摄动加速度由两部分组成
即
a
=
a
+
a
式中
a
是卫星星体部分的太阳光压摄动加速度
a
是卫星太阳帆板部分的太阳光压摄动加速度
星体部分的太阳光压摄动加速度可表示为
a
=-
F
ρ
R
Δ
æ
è
ç
ö
ø
÷
+
η
+
η
T
A
m
æ
è
ç
ö
ø
÷
Δ
Δ
式中
F
为阴影因子
ρ
为地球附近太阳光压强常数
R
为地球至太阳的距离
Δ
为
卫星至太阳的距离
η
为卫星受照表面的反射系数
η
的取值范围为
η
一般可取
η
η
可作为太
阳辐射压力摄动的校正因子
η
为
η
的时间变化率
T
为时 间间 隔
当
η
和
η
为弧 段相 关参 数时
T
为
t
到本弧段起始时刻的时间间隔
当
η
和
η
为全局参数时
T
为
t
到卫星状态历元时刻的时间间隔
m
为卫
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