本身的精度評估究竟由誰來決定？衛星雷射測距(Satellite Laser Ranging, SLR)，
這項技術於六十年代中期就已經出現，比 GPS 技術發展的歷史更加悠久。雖然 SLR 觀測的數據量一般並不多，但其單筆觀測數據的測距精度，據官方公告是公 厘級精度。故 SLR 的測距成果經常會與 GPS 的定軌成果進行比較，以驗證 GPS 的定軌精度。其中有不少衛星為了獲取更加精確的觀測數據以進行精密定軌，諸 如美國和法國共同合作開發的測高衛星 Topex/Poseidon、歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)所開發的遙測衛星 ERS-1 和 ERS-2、美國的國家航空航天局 (National Aeronautics and Space Administration, NASA)的 GPS-35 和 GPS-36 衛星，
皆有裝載反射稜鏡，其中 GPS-35 和 GPS-36 衛星就是為了利用 SLR 系統來獨立 追蹤，藉此分離出衛星時鐘和衛星星曆的誤差(ILRS Science Contribution, 2012)。
台灣國科會的科學研究計劃“衛星雷射測距技術發展”已經於 2011 年正式推 的定軌精度，故本研究挑選了重力衛星 GRACE(Gravity Recovery and Climate
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Experiment)做為研究對象，精確的軌道精度方能確保重力資料得到更好的保障。
1-2 GRACE 簡介
GRACE 衛星(Gravity Recovery and Climate Experiment)是美國國家航空航天 局跟德國航空中心的合作專案，是觀測地球重力場變化的一對衛星，兩顆衛星相 距 200 公里，為極近圓形的軌道，軌道傾角為 89 度，兩顆衛星分佈於同一軌道 面上。任務軌道設定在距地面大約 485 公里的高空，軌道週期為 94 分鐘。通過 重力場的變化，科學家能推測出全球質量變化，包含水文的資訊。GRACE 衛星 於 2002 年 3 月 17 日升空後開始將重力數據傳回地球。而在此前十多年，美國測 量地下水只是在地球表面進行，包括 1383 個採用即時聲探的地質調查觀測井，
5908 個日常讀數的觀測點，再加上對全國數十萬個井、溝、洞穴進行水位測量 作為補充。目前 GRACE 衛星仍在服役中，但是據 NASA 的評估顯示，GRACE 的功能自 2012 年 11 月開始就在慢慢的衰減，估計直到 2015 年或 2016 年將無法 再正常操作了，圖 1-1 所示為 GRACE 衛星的示意圖。
圖1-1 GRACE 衛星的示意圖(Photojournal, 2002)
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表 1-1 所示為 GRACE 衛星的相關資料，資料來源是國際雷射測距服務中心 (International Laser Ranging Service, ILRS)的官方網站，該網站記載了所有裝載了 反射稜鏡的衛星資料。ILRS 官方網站地址: http://ilrs.gsfc.nasa.gov/。
表1-1 GRACE 衛星之相關資料(ILRS Current Missions, 2013)
GRACE A GRACE B
ILRS 衛星編號 0201201 or 2002-012A 0201202 or 2002-012B 1-3 文獻回顧
在 Wakker et al.(1985)的研究中所提及，使用 1978 年至 1980 年間 LAGEOS、
STARLETTE 及 GEO3 等衛星的 SLR 觀測數據以動力法來計算衛星軌道及求取
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±5 公分之間)及軌道力學模式不夠精確，使得求解出的成果也受到限制。而在 Degnan and Pavlis(1994)一文中提到現今的衛星雷射測距系統計時器的解析度可 達到±20 或更少的兆分之一秒(picoseconds, 10-12 秒)，化算成單程測距的解析度 (single-shot range resolution)約為±3 公厘或更好，隨著雷射測距系統精度的提升，
應用層面及求解成果已大有改善。 GRACE 衛星全年的軌道，GRACE A 的軌道差異量之年均方根差約為 2.3cm，差 異量之年平均值約為-7.0mm；GRACE B 的軌道差異量之年均方根差則是 2.2cm，
差異量之年平均值約為-5.0mm。若只使用高度角 50 度以上的觀測數據，GRACE A 的測距偏差以及軌道差異量之均方根差分別為-1.0cm 和 2.0cm；GRACE B 的 測距偏差以及軌道差異量之均方根差則是-8.0mm 和 1.9cm。
根據 Byun and Schutz(2001)一文所述，一般計算衛星軌道的方法，常見的共 分為動力法(dynamic method)、簡動力法(reduced-dynamic method)以及動態法 (kinematic 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，估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。
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
5 來 CHAMP 衛星的動態軌道和簡動力軌道與 GFZ(GeoForschungsZentrum)公佈的 CHAMP 快速軌道(Rapid Science Orbit, RSO)進行對比。簡動力軌道與 RSO 在徑 向、沿軌道方向、橫向差異之最大值分別為 0.334m、0.304m、0.505m。動態軌 道與 RSO 在徑向、沿軌道方向、橫向差異之最大值分別為 1.384m、0.838m、0.881m。
簡動力軌道的均方根差在徑向、沿軌道方向、橫向三方向上分別為 0.048m、
0.051m、0.053m。動態軌道的均方根差在徑向、沿軌道方向、橫向三方向上分別 為 0.053m、0.057m、0.059m。故簡動力定軌的精度是優於動態法定軌的。
根據曾子榜(2006)的碩士論文研究中所述，透過利用重疊軌道之實驗來分析
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FM4(1.90 cm)、FM5(1.70 cm)以及 FM6(1.99 cm)。
1-4 論文架構
第一章︰前言，說明本論文之研究動機、簡單地介紹 GRACE 重力衛星的任務、
架構和軌道之相關資料、衛星雷射測距系統和 GPS 定軌之相關文獻的 回顧和本論文的架構。
第二章：衛星雷射測距系統(Satellite Laser Ranging, SLR)，說明衛星雷射測距系 統的架構、原理以及其各方面的應用，還有講解簡動力定軌和動態定軌 的原理和方法。
第三章：利用 SLR 觀測數據和 Bernese 估算衛星軌道之流程，首先介紹 SLR 和 GPS 的資料來源和內容，再者說明 Marini & Murray 對流層折射改正模 型(McCarthy, 2003)，接著講解 SLR 數據求解軌道的流程。
第四章：結果與分析，JPL 軌道之介紹。接著以 SLR 觀測數據所計算之軌道與 JPL 軌道之比較分析，再加長軌道弧長以提升軌道的精度。最後則是抽 樣分析，主要是只根據地面雷射站有追蹤到衛星的時間，來分析該時間 段的軌道精度。
第五章：結論與建議。
7 量、地球物理，還有基本的研究活動以及國際地球自轉服務(International Earth Rotation and Reference Systems Service, IERS)的一系列產品，最重要的就是要維 護國際地球參考框架(International Terrestrial Reference Frame, ITRF)的正常操作。
ILRS 是包含在國際大地測量協會(International Association of Geodesy, IAG)和全 球大地測量觀測系統(Global Geodetic Observing System, GGOS)下的一個空間大 地測量服務組織。