前言

1-1 研究動機

預計 2005 年底發射的福爾摩沙衛星三號（FORMOSA-3）是一大型台美雙 邊國際合作計畫，由雙方政府授權執行，我方為國家太空中心（National SPace Organization，NSPO）與美方為美國大學大氣研究聯盟（University Corporation for Atmospheric Research，UCAR）共同合作執行，以建立全球大氣即時觀測網之先 進技術發展計畫，又稱之為「氣象、電離層及氣候之衛星星系觀測系統」

(Constellation Observing System for Meteorology 、 Ionosphere and Climate ， COSMIC)，簡稱為 FORMOSAT-3/COSMIC 計畫（國家太空中心，2005）。福衛 三號計劃發射六顆衛星，每顆衛星上酬載有高精度的 GPS 雙頻接收儀，利用衛 星追蹤衛星技術，可提供高精度、無遮蔽的 GPS 相位及電碼資料，可用以計算 衛星軌道，進而推求地球重力場。應用地球重力場進行時間序列分析，對於全球 氣候、海水位等變遷能有進一步的了解，目前福爾摩沙衛星三號計畫，便把地球 重力場觀測及擾動研究列入重要任務之一。

求解地球重力場模型可分為兩種方式，亦即「一步法」及「兩步法」。「一 步法」的作法是同時解算低軌衛星軌道與地球重力場模型，「兩步法」則是先求 解低軌衛星軌道後，再推求地球重力場模型。本文針對「二步法」中的第一步，

即求解低軌衛星軌道進行研究，以期研究成果能應用於福爾摩沙衛星三號計畫。

由於目前尚無福衛三號衛星資料可使用。因此考慮相同為低軌衛星以及衛星 資料易取得，在此選擇了CHAMP（CHAllenging Minisatellite Payload）衛星資料 做 為 本 文 研 究 之 應 用 。 CHAMP 衛 星 所 提 供 各 類 資 訊 ， 可 由 CHAMP 網 頁 http://isdc.gfz-potsdam.de/champ/ 進行註冊，即可獲得最新之CHAMP資料。

1-2 文獻回顧

一般衛星軌道定軌的方法，常見的有動力法（dynamic method）、動態法

（kinematic method）以及簡動力法（reduced-dynamic method）三種。

動力法是以軌道力學模式（force model）來描述衛星之運行軌跡，並將所有 觀測量代入軌道力學模式，解算特定的力學模式參數，最終求得一密切、最接近 真實之衛星軌道。衛星繞地球飛行時除了受到地球中心引力外還受到許多擾動力 的影響，包括地球非球型引力、多體擾動、海潮、固體潮、大氣阻力及太陽輻射 壓等（Seeber, 1993），動力法的優點為精度高，可以處理各形式的觀測量，除 了求解衛星軌道外，也可同時解算其他力學模式參數，其缺點為力學模式複雜、

資料龐大造成處理時間冗長。簡動力法類似動力法，同樣採用軌道力學模式描述 衛星運行軌跡，其差異在於使用之力學模式較少。動態法為直接將接收站瞬時觀 測數據代入演算法，即可立刻解算出衛星位置，因其演算法通常簡單，所以可快 速的得到結果。其優點為方便、求解速度快、並且在概念上不需引用任何假設。

其精度受限於 GPS 觀測量數量與品質和 GPS 衛星群相對於待測定衛星之相對幾 何關係（Byun and Schutz, 2001）。

利用 GPS 定位時，除了求得測站坐標外，還有一些多餘參數如衛星時錶誤 差、接收儀時錶誤差、電離層延遲誤差等，為了消去這些多餘參數，使計算簡便、

快速，須透過差分的方式來消除這些誤差項。實際上廣為採用的方法有三種：為 一次差（Single-difference）、二次差（Double-difference）、三次差（Triple-difference）

等方法（曾清涼等，1997）。一次差可消去衛星時錶誤差，二次差可消去衛星時 錶誤差及接收儀時錶誤差，三次差則能消去衛星時錶誤差、接收儀時錶誤差及週 波未定值（ambiguity）。

1-3 研究方法

本文求解低軌衛星軌道是採用零次差（Zero-difference）模式，因此須有高 精度的 GPS 星曆及高取樣率衛星時錶誤差，以配合觀測資料的取樣率求解每個 epoch 的坐標值，並以無電離層線性組合（Ionosphere Free Linear Combination，

L3 或 LC）消去電離層延遲誤差。本文的研究工具為瑞士伯恩大學天文研究所所 研發的 Bernese 5.0 軟體，為提供後續求解地球重力場模型應用，本文著重在動 態法與簡動力法定軌。以 CHAMP 衛星數據做為模擬。由 GPS 相位資料定出 CHAMP 運行的軌道，再與德國 GFZ（GeoForschungsZentrum）在 CHAMP 網站 上發佈的 CHAMP 快速軌道比對，進行精度評估。

1-4 論文架構

第一章：前言，說明本論文之研究動機、研究方法以及論文架構。

第二章：GPS 資料解算軟體，介紹所使用的研究工具-Bernese GPS Software Version 5.0。所進行定軌時所採用之模式、原理。

第三章：GPS 資料解算程序，說明進行低軌衛星精密定軌之流程與步驟 。說明分為簡動力法與動態法。

第四章：以 CHAMP 衛星數據做為實驗數據，利用 GPS 相位觀測資料來解 算低軌衛星軌道。成果分為簡動力法解算之軌道與動態法解算 之軌道。

第五章：進行福衛三號衛星軌道模擬與模擬成果評估。成果評估分為兩種 ：1.與初始軌道比對，2.與實際量測兩 POD 天線間距離比對。

第六章：結論與建議。