GPS 궤도의 태양풍 모델 비교

Solar Radiation Pressure Model Comparison for GPS Satellites

Abstract

GPS 위성의 궤도는 위성의 GPS 측정치와 정밀한 위성의 동역학을 함께 고려하여 정밀하게 추정 할 수 있다. 대부분의 위성 동역학 성분은 위성의 위치와 속도와 알려진 모델 식의 수식과 계수 값을 활용하여 정밀한 구현이 가능하다. 그러나 태양풍에 의한 힘은 모델을 선정하고, 모델의 계수를 추정해야 한다. 이 때, 모델에 따라 구현 성능이 달라질 수 있다. 따라서 본 논문은 CODE에서 생성한 정밀 궤도력을 활용해, 다양한 태양풍 모델의 계수를 추정하고 각 모델을 활용한 궤도 전파 모델의 정확도를 비교 분석했다. 결과적으로 ECOM 모델과reduced ECOM을 활용하는 경우, CODE 1일궤도와 cm level 오차를 가지는 궤도전파모델을 구현할 수 있음을 확인했다. 또한 SRP 모델을 구현하지 않는 경우 수십 m의 오차를 가짐을 확인할 수 있었다.

GPS satellite orbits could be estimated precisely using GPS dynamics as well as GPS observations. Most of the perturbations are available to be generated using satellite position, velocity, well known model equations and coefficients. However, who wants to calculate solar radiation pressure (SRP) should choose a SRP model and estimate the coefficients of a SRP model. The accuracy of SRP model depends on the model characteristics. Therefore this paper has estimated coefficients of SRP models using CODE precise orbit product and compared the accuracy of orbit propagator depending on SRP model. The results show that the extended CODE orbit model (ECOM) and the reduced ECOM achieved cm level fitting orbit for the CODE 1-day orbit. Also orbit propagation model without SRP model consideration could get tens of meter orbits compared to CODE orbits.

그림 1. PRN1 위성 궤도의 섭동력(2018/01/15). Fig. 1. Orbit perturbations for PRN1 GPS satellite (2018/01/15).

그림 2. PRN 1 위성 궤도의 solid Earth tide, ocean tide, pole tide Fig. 2. Solid Earth tide, ocean tide, pole tide for PRN 1 (2018/01/15).

그림 3. 각 모델 별 위성의 3D rms 오차. Fig. 3. 3D RMS errors for each SRP model and satellite.

그림 4. ECOM 모델과 지구그림자 고려한 경우 PRN1 위성의 궤도 오차 Fig. 4. Orbit errors for PRN 1 using ECOM with shadow check.

그림 5. ECOM 모델과 지구그림자 고려하지 않은 경우 PRN1 위성의 궤도 오차 Fig. 5. Orbit errors for PRN 1 using ECOM without shadow check.

표 1. 측정치와 궤도 전파 좌표계 및 시간계 Table 1. Coordinate frame and time frame for observation and dynamics.

표 2. 섭동력 상세 사항 Table 2. Perturbation model descriptions.

표 3. 각 위성의 정렬 인덱스와 PRN, block 정보 (2018/01/15). Table 3. The index, PRN and block information of each satellite (2018/01/15).

표 4. SRP 모델 상세 정보 Table 4. SRP models descriptions.

표 5. 각 모델 별 위성의 3D rms 오차 값. Table 5. 3D RMS values for orbit errors for 30 satellites (m).