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Centimeter-Level Orbit Determination for TG02 Spacelab Using Onboard GNSS Data

机译：利用机载GNSS数据确定TG02太空实验室的厘米级轨道

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Tiangong-2, the second Chinese manned spacecraft, was launched into low Earth orbit on 15 September 2016. The dual-frequency geodetic GNSS receiver equipped on it is supporting a number of scientific experiments in orbit. This paper uses the onboard GNSS data from 3–31 December 2016 (in the attitude mode of three-axis Earth-pointing stabilization) to analyze the data quantity, as well as the code multipath error. Then, the dynamic and reduced-dynamic methods are adopted to perform the post Precise Orbit Determination (POD) based on the carrier phase measurements, respectively. After that, the orbit accuracy is evaluated using a number of tests, which include the analysis of observation residuals, Overlapping Orbit Differences (OODs), orbit comparison between dynamic and reduced-dynamic and Satellite Laser Ranging (SLR) validation. The results show that: (1) the average Root Mean Square (RMS) of the on-board GNSS phase fitting residuals is 8.8 mm; (2) regarding the OODs determined by the reduced-dynamic method, the average RMS in radial (R), along-track (T) and cross-track (N) directions is 0.43 cm, 1.34 cm and 0.39 cm, respectively, and there are no obvious system errors; (3) the orbit accuracy of TG02 determined by the reduced-dynamic method is comparable to that of the dynamic method, and the average RMS of their differences in R, T, N and 3D directions is 3.05 cm, 3.60 cm, 2.52 cm and 5.40 cm, respectively; (4) SLR data are used to validate the reduced-dynamic orbits, and the average RMS along the station-satellite direction is 1.94 cm. It can be seen that both of these two methods can meet the demands of 3D centimeter-level orbit determination for TG02.
机译：2016年9月15日，第二架中国载人航天器“天宫2号”被送入低地球轨道。其上配备的双频大地测量GNSS接收机正在支持许多在轨科学实验。本文使用2016年12月3日至31日的机载GNSS数据（在三轴地球指向稳定的姿态模式下）来分析数据量以及代码多径误差。然后，采用动态方法和降动态方法分别基于载波相位测量结果执行精确后轨道确定（POD）。之后，使用许多测试来评估轨道精度，其中包括对观测残差的分析，重叠的轨道差（OOD），动态和缩减动态以及卫星激光测距（SLR）验证之间的轨道比较。结果表明：（1）机载GNSS相位拟合残差的平均均方根（RMS）为8.8 mm； （2）对于通过降动力方法确定的OOD，径向（R），沿轨迹（T）和交叉轨迹（N）方向的平均RMS分别为0.43 cm，1.34 cm和0.39 cm，并且没有明显的系统错误； （3）用简化动力学方法确定的TG02的轨道精度与动力学方法相当，并且它们在R，T，N和3D方向上的差异的平均RMS为3.05 cm，3.60 cm，2.52 cm和分别为5.40厘米； （4）SLR数据用于验证降动态轨道，沿卫星卫星方向的平均RMS为1.94 cm。可以看出，这两种方法都可以满足TG02的3D厘米级轨道确定的要求。

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