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GNSS-based precise orbit determination for maneuvering LEO satellites
GPS Solutions ( IF 4.5 ) Pub Date : 2023-06-20 , DOI: 10.1007/s10291-023-01494-6
Xinyuan Mao , Daniel Arnold , Maciej Kalarus , Sebastiano Padovan , Adrian Jäggi

Maneuverability is essential for low Earth orbit (LEO) satellites to fulfill various operational objectives. However, the precise orbit determination (POD) process might deteriorate due to imperfect satellite orbital dynamics modeling. This article develops a generic POD strategy with maneuver handling for LEO satellites equipped with high-performance spaceborne Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. Given the time span of an executed maneuver, a set of constant thrust accelerations in the satellite body-fixed reference frame is estimated without using a-priori maneuver accelerations. In addition, different numbers of velocity pulses are estimated at predefined epochs determined by the duration of a maneuver. POD experiments are done for the GRACE-FO and Sentinel-3 satellites, for which the orbit maneuvers vary significantly. The orbits are assessed via internal consistency checks and external orbit validations. Internally, in each direction, the agreement between the reduced-dynamic and kinematic orbits reaches a level of 1 cm, which is comparable with the reference day without maneuvers. Externally, comparisons with the official GRACE-FO products and orbits from the Sentinel-3 Copernicus POD Quality Working Group confirm the reliability of the new orbits with maneuver handling. Finally, satellite laser ranging and K-band ranging measurements indicate a 1-cm accuracy of the absolute orbits and a 2-mm accuracy of the GRACE-FO relative orbits. The maneuver handling strategy is tested in the Bernese GNSS Software, consistently developed at the Astronomical Institute of the University of Bern.



中文翻译:

基于 GNSS 的精确轨道确定,用于机动 LEO 卫星

机动性对于低地球轨道(LEO)卫星实现各种运行目标至关重要。然而,由于卫星轨道动力学模型不完善,精确定轨(POD)过程可能会恶化。本文为配备高性能星载全球导航卫星系统 (GNSS) 接收器的 LEO 卫星开发了一种通用 POD 策略,具有机动处理功能。给定执行机动的时间跨度,在不使用先验机动加速度的情况下估计卫星体固定参考系中的一组恒定推力加速度。此外,在由机动持续时间确定的预定义时期估计不同数量的速度脉冲。POD 实验针对 GRACE-FO 和 Sentinel-3 卫星进行,其轨道机动变化很大。轨道通过内部一致性检查和外部轨道验证进行评估。在内部,在每个方向上,降低动力轨道和运动轨道之间的一致性达到 1 厘米的水平,这与没有机动的参考日相当。从外部来看,与官方 GRACE-FO 产品和 Sentinel-3 Copernicus POD 质量工作组的轨道进行比较,证实了新轨道在机动处理方面的可靠性。最后,卫星激光测距和K波段测距测量表明绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。在内部,在每个方向上,降低动力轨道和运动轨道之间的一致性达到 1 厘米的水平,这与没有机动的参考日相当。从外部来看,与官方 GRACE-FO 产品和 Sentinel-3 Copernicus POD 质量工作组的轨道进行比较,证实了新轨道在机动处理方面的可靠性。最后,卫星激光测距和K波段测距测量表明绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。在内部,在每个方向上,降低动力轨道和运动轨道之间的一致性达到 1 厘米的水平,这与没有机动的参考日相当。从外部来看,与官方 GRACE-FO 产品和 Sentinel-3 Copernicus POD 质量工作组的轨道进行比较,证实了新轨道在机动处理方面的可靠性。最后,卫星激光测距和K波段测距测量表明绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。这与没有进行演习的参考日相当。从外部来看,与官方 GRACE-FO 产品和 Sentinel-3 Copernicus POD 质量工作组的轨道进行比较,证实了新轨道在机动处理方面的可靠性。最后,卫星激光测距和K波段测距测量表明绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。这与没有进行演习的参考日相当。从外部来看,与官方 GRACE-FO 产品和 Sentinel-3 Copernicus POD 质量工作组的轨道进行比较,证实了新轨道在机动处理方面的可靠性。最后,卫星激光测距和K波段测距测量表明绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。卫星激光测距和K波段测距测量显示绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。卫星激光测距和K波段测距测量显示绝对轨道精度为1厘米,GRACE-FO相对轨道精度为2毫米。机动处理策略在伯尔尼 GNSS 软件中进行了测试,该软件由伯尔尼大学天文研究所持续开发。

更新日期:2023-06-23
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