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SLR(Satellite Laser Ranging)技术是现代空间大地测量最先进的技术之一,其单次测距精度已达厘米级,是现在各种定位观测手段中单点采样精度最高的一种,成为卫星精密定位的主要手段之一。本文利用Lageos卫星的观测资料,研究了SLR技术在卫星精密定轨中的应用。首先介绍了应用SLR定轨的一些基本知识,包括时间系统、坐标系统及卫星精密定轨所涉及的力学模型。在此基础上,论述了基于SLR技术的卫星精密定轨的基本原理和方法。
分别对Lageos1卫星和Lageos2卫星进行了精密定轨,定轨弧长为30天,讨论了解算不同动力学参数,对定轨精度的影响。Lageos卫星定轨结果表明,30天弧长轨道,大气阻尼系数变化率对定轨精度影响不大,而RTN经验力参数可以明显提高定轨精度。说明RNT经验力参数能够有效吸收模型误差。在解算相同动力学参数的条件下,Lageos1卫星的定轨精度较好于Lageos2卫星。
在卫星定轨中,解算的弧段越长,观测数据越多,解算误差方程的精度就越高,同时,随着时间累积,定轨中的力学模型误差也迅速增大,会降低定轨精度。针对Lageos1卫星,讨论了在解算相同动力学参数前提下,不同定轨弧长对定轨精度的影响。结果表明,15天弧长和30天弧长的定轨精度相当,定轨精度在4~5cm;90天弧长定轨精度较差,且定轨精度不稳定。
对Lageos1卫星进行了轨道预报,分别计算了30天、90天和180天的广播星历,讨论了不同定轨弧长对预报精度的影响及卫星的预报轨道精度。结果表明:30天预报轨道精度约2~3m;90天预报轨道精度约10m;180天预报轨道精度可提高至30m内。
在卫星精密定轨的基础上,本文采用直接法,分别利用Lageos1、Lageos2卫星1995—1997年的SLR观测资料,计算了两组地心运动时间序列。直接法中,地心运动对定轨精度非常敏感,因此根据前文结果,选择了一种最优的定轨解算方法,以保证地心运动的解算精度。结果分析表明,地心运动既具有周年和半年周期变化,也有不规律性变化,年周期变化在毫米量级。对Lageos1和Lageos2卫星结果重合性比较发现,X和Y方向重合性较好,Z方向差异较大,可能原因为两颗卫星轨道倾角不同,Lageos1卫星为极轨道卫星,计算结果在Z方向误差较大。