精密定轨(POD)扮演着关键角色卫星大地测量等任务,精确的图像处理,地面跟踪维护。规范的轨道位置精度已经收紧了几厘米大地任务如重力恢复与气候实验(恩)和重力场和稳态海洋环流Explorer (GOCE卫星)卫星 1, 2]。内置全球定位系统(GPS)接收器是一个关键因素,使低地球轨道(LEO)卫星有如此高的位置精度。GPS接收器工作作为独立的系统没有任何地面干扰,给连续观测,可以提供实时位置信息。如果累积的观察与高保真处理软件,可以实现更精确的轨道位置比其他测量系统。这些特性使它们高度有效的和有吸引力的遥感系统,现在POD基于GPS观测对于大多数狮子座是很常见的任务,即使在情况下所需的水平的轨道位置精度并不严格。

(韩国多用途卫星)- KOMPSAT - 5是一个卫星舱配备一个双频GPS接收器,用于卫星的次要任务。KOMPSAT-5成立于2013年8月22日与海拔550公里的轨道,97.6度的倾斜。KOMPSAT-5包含两个主要载荷:(1)克SAR工具(COSI)和(2)大气掩蔽和精密定轨(AOPOD) [ 3]。COSI用于主要任务,它提供了高分辨率合成孔径雷达(SAR)图像,获得地理信息和监测自然灾害。二次负载(AOPOD)由星载双频GPS接收器和激光的反射器阵列(LRRA) POD和GPS无线电掩星(RO)测量 4]。KOMPSAT-5的GPS接收器集成GPS和掩星接收机(IGOR),这是商业版本的21点接收装备在挑战Minisatellite载荷(冠军),优雅,terrasar - x ( 5]。然而,由于POD接收器KOMPSAT-5关注这两个主要的任务,比如SAR成像和RO,所需的轨道精度约为20厘米的水平( 6),操作策略和卫星设计不优化达到厘米级精度仓。例如,优雅、专用大地任务,配备了阻流环减小多路径误差的GPS天线( 5]。天线的物理形状也不同,如图 1( 7]。优雅,继承了冠军,有一个简单的盒子没有翅膀的形状,而KOMPSAT-5雷达阵列SAR成像和太阳能电池板。KOMPSAT-5执行时态度机动卫星SAR成像通过朝鲜半岛,这些态度动作的详细信息并不是向公众开放,而信息GRACE卫星天线等参考点,燃料消耗的质量,态度从星传感器解决方案公开发布的,它们用于提高POD的结果。根据这些差异,不能简单地认为轨道位置的准确性KOMPSAT-5会一样优雅,即使两个卫星的全球定位系统(GPS)接收器共享相同的遗产。因此,值得探讨和比较KOMPSAT-5 POD的表现和结果等大地测量任务的恩典。

本研究的主要目的是调查的性能以gps群KOMPSAT-5和可能的影响圆荚体性能的因素。为了这个目的,POD方法和结果KOMPSAT-5与优雅的分析和比较。有几个原因,格蕾丝被选为POD在这项研究的引用。首先,优雅的轨道特征,即。,500 km of altitude and 89.0 deg of inclination, are similar to those of KOMPSAT-5 (550 km of altitude and 97.6 deg of inclination). Secondly, the GPS receivers of both satellites share the same heritage [ 5]。最后,优雅的圆荚体性能研究了多年,已经证明恩有一个最好的豆荚精度( 8, 9]。GRACE卫星也配备了额外的大地测量仪器来测量卫星间距离和范围,即。k波段测距(KBR)。然而,KBR系统没有贡献一个卫星的豆荚。因此,POD仅基于GPS观测数据被认为是在这个研究。通过比较这两个系统中,基于车载GPS系统和POD可能因素影响圆荚体性能进行分析。

本文的其余部分组织如下。KOMPSAT-5的GPS测量的特点提出了部分 2。在部分 3和 4,POD方案和结果与POD KOMPSAT-5的性能进行了分析和比较与优雅。对天线的圆荚体性能的影响类型和态度KOMPSAT-5演习也提出和讨论。最后,给出了结论 5。

KOMPSAT-5 IGOR GPS接收器的装备两个主要目的:(1)确定精确的卫星轨道位置和(2)测量GPS无线电掩星信号的大气研究[ 4]。48通道的GPS接收器由从四个天线输入,两个输入用于舱,而其他两个输入用于无线电掩星( 3]。两个无线电掩星天线位于一侧的航天器捕获信号从水平方向而POD的天线位于最高的飞船(即。,天顶方向),如图 2。两种类型的测量是用不同的采样率:(1)0.1赫兹(POD),(2) 50赫兹(无线电掩星)。KOMPSAT-5和优雅航天器之间的主要区别是与天线类型和几何位置。首先,后者配有一个补丁GPS天线没有阻流环而前者是配备了阻流环。阻流环型天线尤其有利于减轻多路径错误。另一个重要区别是天线的几何位置。优雅的宇宙飞船使用的阻流环天线定位以这样一种方式来减少信号阻塞由飞船本身(图 1)。KOMPSAT-5,两舱天线位于顶层,但安装在位置有很多干扰其他工具,可以看到图 2。此外,接收方不能够识别天线接收GPS信号。因此,每个GPS信号的相位偏移量舱过程中不能被认为是测量噪声。

KOMPSAT-5之间的差异和恩典由于GPS天线的位置和类型是显而易见的从GPS信号的方位和高度地图2016年1月2日在图 3。在图所示的方位和高度地图 3给出了基于地平线和局部垂直框架,即。演习,nadir-pointing飞船没有态度。有一个大洞KOMPSAT-5的GPS信号分布,因此,GPS天线无法获得信号方位角150 - 240°附近,海拔10-40°。这个洞是由几何问题等物理阻塞了飞船的身体的其他部分。此外,还有大量的信号从地平线以下,可能由多路径和态度将SAR图像倾斜。如前所述,KOMPSAT-5执行态度定期演习一天2 ~ 3次当卫星通过朝鲜半岛为了获取SAR图像,卫星的主要调查。这些频繁的演习态度影响GPS信号的质量以不同的方式。具体来说,GPS天线捕获地平线附近的信号,这些信号包含更多的错误与从天顶方向由于长信号传播距离和大气的影响。GPS观测的特点(具体地说,观察每个时代,拒绝了由于观测误差的比例,以及由此产生的测量残差)研究了在以后的部分。

使用的方法和流程KOMPSAT-5的豆荚,即在reduced-dynamic (RD)和运动(亲属)方法,提出了在这一节中。相同的圆荚体方案只使用GPS数据应用于GRACE卫星的轨道精度比较和验证的目的。豆荚的解决方案是通过使用伯尔尼兹GNSS软件5.2版本( 11),这是基于reduced-dynamic方法,它使用轨道运动方程的简化型。因此,reduced-dynamic方法将一个额外的参数估计的未建模的影响。一般来说,reduced-dynamic方法包括分段常数加速度(也称为pseudostochastic脉冲)状态变量来克服不足的太阳辐射压力和大气阻力摄动模型(在本研究中,我们使用传统舱方案没有考虑机载加速度计)。这些加速度设置三个方向的径向,沿径和航迹。随机脉冲密度的程度也是优化POD方法通过各种调查研究[ 12, 13]。航天器位置运动学方法只使用最小二乘法计算GPS观测时代时代;因此,它不需要任何卫星运动的动力学;因此,结果肯定是容易GPS观测的质量。

豆荚这项研究发展的过程包括四个步骤:(1)确定初步的轨道,(2)屏幕和编辑异常值的观察,(3)估计最终的轨道使用reduced-dynamic方法,(4)计算运动轨道使用相同的观测数据。豆荚过程应用于优雅的卫星,并正式发布的结果比较验证了轨道的恩典科学团队作为真理( 14]。从reduced-dynamic获得轨道位置和运动方法也比较来验证POD的准确性和评估GPS数据的质量。

由于本研究的目的是调查KOMPSAT-5 POD的表现,同样的豆荚计划用于确定KOMPSAT-5和GRACE卫星的轨道位置。即被用于观测类型相同的设置,采样间隔,pseudostochastic脉冲的频率和方向的卫星。POD方法中列出的详细配置表 1。

POD方法应用于GPS观测的优雅优雅的双卫星任务之一。六天的轨道位置确定从2016年7月12日开始,和日期是任意选择的,因为没有特别活动。荚结果验证了(1)比较从不同的POD方法获得的解决方案,如reduced-dynamic和运动学方法,(2)比较与官方产品解决方案。优雅的圆荚体结果总结在表 2,以及观测数据的总数。每个方向的均方根(RMS)表 2使用下面的公式计算: (1) RM 年代 理查德·道金斯 − 亲属 = 1 N ∑ 我 N r 理查德·道金斯 , 我 − r 亲属 , 我 T · r 理查德·道金斯 , 我 − r 亲属 , 我 在哪里 N 是时代的总数和缩写RD和亲属代表从reduced-dynamic获得解决方案(RD)和运动(亲属)方法,分别。计算均方根预计将径向,沿径,航迹方向。这里,生成的轨道科学团队被称为科学。RD-SCI代表之间的差异减少动力学和正式发布解决方案。

轨道位置的平均均方根RD-KIN三维(3 d)的差异,和RD-SCI 6天3 - 5厘米,2 - 3厘米,分别。与以前的研究结果吻合较好与恩典( 2, 17, 18]。RD-SCI的比较结果表明,RD方法在这项研究中的应用是定义良好和POD的结果是可以接受的。因此,信号本身的质量可以从RD-KIN调查结果。亲属的测量残差比RD因为运动解决方案仅决定基于GPS观测。优雅的残余情节人物 4实现从RD和亲属也显示这个特性的方法。图 5展示了优雅的卫星的径向位置错误,沿径,航迹方向获得2016年7月14日RD-KIN和RD-SCI。很明显,有更多的波动以及为RD-KIN周期性变化(图 5(一个))与RD-SCI相比(图 5 (b)),这可能是因为运动位置直接反映观测属性没有任何平滑效果像reduced-dynamic的轨道运动方程的方法。周期性变化的径向和沿径方向图 5(一个)表明,有必要更深入的了解动态轨道模型和测量的作用特点( 2]。

KOMPSAT-5卫星轨道位置的测定使用相同的圆荚体方案用于优雅卫星。以gps KOMPSAT-5吊舱系统的性能进行了研究,结果分析与优雅,本节将介绍和讨论。测试进行了六天从2016年7月12日开始一样优雅的情况下。首先,频繁的演习态度的影响KOMPSAT-5 POD性能测试通过比较这两个舱从原始GPS观测结果包括姿态机动时间和获得演习期间不包括GPS观测后的态度。第二,天线类型的影响调查的结果通过比较KOMPSAT-5(没有阻流环)与优雅(阻流环)。

KOMPSAT-5卫星配备GPS接收器POD和无线电掩星的研究中,卫星的次要任务。本研究的目的是预测与以gps卫星舱的舱性能系统,POD不是KOMPSAT-5等卫星的主要任务。KOMPSAT-5的主要任务是获取SAR图像,和频繁的军事演习发生在这个任务的态度。一个补丁安装GPS天线机载KOMPSAT-5平衡与其他载荷,这不同于使用的阻流环GPS天线GRACE卫星。天线类型和运营策略的影响在豆荚精度进行了分析。舱方案在本研究开发应用于优雅的观测卫星,这是一个典型的卫星用于大地测量任务。结果表明,可以实现轨道位置精度与优雅Level-1B产品2 - 3厘米。reduced-dynamic方法被用来确定KOMPSAT-5的轨道位置,和解决方案而UCAR发布的产品。轨道位置的均方根误差的区别是~ 10厘米,和不受影响的值包括GPS观测数据在演习的态度。然而,轨道的位置差异reduced-dynamic和运动学方法改进从50厘米到25厘米演习期间,除观察的态度。 Therefore, it can be concluded that the GPS signals of KOMPSAT-5 are influenced by attitude maneuvers. The position and type of GPS antenna also affect the GPS signals of KOMPSAT-5, where the number of observations per day of KOMPSAT-5 is ~80% of that for GRACE-A and the actual number of observations used for POD after screening is ~70% of that for GRACE-A. This discrepancy is primarily due to the fact that the operational strategy and design of the KOMPSAT-5 satellite are not optimized for POD with a high accuracy. The results of this study showed that the actual performance of the GPS-based POD system is dependent on the operational strategy and hardware design of the mission.