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實驗一中使用 GPS 預估星歷估計時,100 分鐘短弧與 240 分鐘短 弧軌道之 3D RMS 值相差無幾均約為±35 公分;使用 GPS 精密星曆 估計後,兩不同時間長度弧段之 3D RMS 值亦相當一致約為±28 公 分。100 分鐘短弧軌道之 3D RMS 值於使用 GPS 精密星曆後較使用 GPS 預估星曆提升 16%,對 240 分鐘短弧軌道而言則提升 24%。

綜合比較 100 分鐘與 240 分鐘短弧軌道成果之內在精度與外在精 度,無論使用 GPS 預估星曆或是精密星曆,兩者之成果顯示精度均 滿足大氣任務所需之±50 公分等級。

與使用 GPS 預估星曆之 CHAMP 成果比較,使用 GPS 精密星曆 以動態法估計之 CHAMP 軌道成果精度約可提升 20%左右,且成果較 穩定,若軌道需要較高之精度要求時,建議可採用 GPS 精密星曆。

然而 GPS 預估星曆可事先獲得,對於須近即時精密低軌衛星軌道計 算的大氣科學研究任務而言,只要 GPS 預估星曆品質穩定,使用 GPS 預估星曆也已可滿足其任務需求。

實驗中可發現當 CHAMP 衛星之訊號發生斷訊時,動態法無法對 該斷訊時刻的 CHAMP 衛星位置進行解算。這是使用動態法求解衛星 軌道所面臨的最大問題,即使有觀測資料,也有可能因為訊號品質不 良而導致求解出精度不佳的成果。因此若要求解連續且穩定的軌道成 果,結合動力積分計算軌道勢在必行。

欲得到更佳的低軌衛星軌道成果以適合其他科學任務需求,例如 探測高精度地球重立場,加入衛星力學模式並同時解算 GPS 衛星軌 道以獲得較 GPS 預估星曆更完善之 GPS 星曆進行高精度定軌將是必 要的。

實驗二僅探討以參數吸收積分器與 PSO 差異之成果,採用的改 善方式則是以動力參數和經驗參數加以吸收兩者差異,成果顯示,平 均 43 個 100 分鐘短弧軌道之徑向、沿軌道方向與橫向 RMS 值均在 5

公分以內,3D RMS 在±10 公分內。此一成果表示,研究中所使用的 積分器產生的短弧軌經參數修正後可與 PSO 達到約±10 公分的位置 精度,未來引入實際觀測資料後,若觀測資料處理得當,則可獲得此 一量級的軌道精度。

參考文獻

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附 錄 A 研究開發之程式說明

本研究中使用了動態法估計低軌衛星軌道與模擬動力參數估 計,因此程式發展也分為兩個主軸,第一部分為動態法部分,第二部 分則為衛星受力模式與參數估計,所有的程式碼均以 Fortran 語法開 發撰寫,以下將介紹主要開發程式之功能。

I 動態法相關程式:

newstore:讀入低軌衛星與地面追蹤站之 GPS 觀測資料 storeeph:讀入 GPS 廣播星曆

storepre:讀入 GPS 精密星曆或預估星曆

example2:地面追蹤站單點定位以求得時錶誤差改正值 abs_kin:低軌衛星單點定位以求得近似坐標與時錶誤差改正 leo_inerp:將原本 10 秒一筆的近似坐標內插為 30 秒一筆之坐標 leo_td:將一個地面追蹤站與低軌衛星組成三次差分觀測資料 leo_apriori:內插極運動參數

leo_reduce_batche:地面追蹤站之各項誤差改正 leo_chol2_batch:法方程式約化

leo_estim_batche:最小二乘平差估計低軌衛星坐標

champatt:讀入 CHAMP 衛星姿態參數,並轉換至慣性坐標系 ecef2inertial:慣性坐標與地心地固系坐標系統相互轉換

II 模擬動力參數估計相關程式:

dyncol:建立衛星運動方程式、力學模式積分、軌道預估、參數估計 之主程式

generate:設定輸入與成果輸出檔之副程式

integrat:讀入積分參數與起始時刻、起始位置與速度之副程式 perturb:整合各項力學模式之副程式

voe:整合各項變分方程式之副程式 grvaccl:地球非球體擾動模式之副程式 lunaccl:多體擾動模式之副程式

solaccl:太陽輻射壓模式之副程式 kepaccl:中心力模式之副程式 dragaccl:大氣阻力模式之副程式 tidgrav:海潮與固體潮模式之副程式 dvdq:數值積分之副程式

xyz2arc:慣性卡氏坐標系與衛星本體坐標系統相互轉換之副程式 intsubpwvoe8:動力參數與經驗參數估計之副程式

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