● 摘要
自从TOPEX卫星的星载GPS接收机成功应用以来，利用星载GPS接收机获得高精度的连续观测值对低轨卫星进行精密定轨，已经成为低轨卫星精密定轨最有效的手段之一。单频GPS接收机的使用可以节约成本，降低功耗，减轻数据下传的压力。对于双频GPS接收机，有时不能获得完好的双频观测数据，因此，研究单频GPS精密定轨技术对于低轨卫星的轨道确定具有一定的应用价值。
本文首先介绍了GPS定轨中涉及到的坐标系及时间系统，建立了GPS基本观测模型，并分析了GPS观测量误差及相应的改正方法。针对定轨过程中涉及的主要误差，采用GRAPHIC组合方法减小电离层延迟的影响，并使用星间单差消除接收机钟差，分析了天线相位中心偏差以确定卫星质心位置。
其次，研究了卫星的运动方程以及变分方程，并构建了包括地球引力、日月引力及潮汐摄动等的动力学模型。对于未建模或难以精确建模的其他摄动力，文中采用经验加速度进行补偿。
最后，研究了约化动力学定轨方法以及批处理最小二乘估计方法，并介绍了求解最小二乘问题的QR分解法，可以避免批处理过程中出现的奇异。对于GOCE卫星的单频GPS观测数据，采用批处理最小二乘估计方法确定了卫星的约化动力学轨道，并通过与GOCE精密科学轨道（PSO）的比较对定轨精度进行评估。结果表明，在径向R、切向、T、法向N的均方根误差平均值分别为8.4cm、9.9cm、3.2cm，三维定轨精度平均为27.6cm。证明了基于单频GPS测量数据进行定轨的可行性，且定轨精度可以达到一般低轨卫星定轨精度的要求。