Determinação de órbitas com o GPS através de mínimos quadrados recursivo com rotações de Givens

Abstract

O Sistema de Posicionamento Global oferece um poderoso e relativamente barato processo para se determinar órbitas de satélites artificiais da Terra. Este trabalho apresenta um método de determinação de órbita para satélites com um receptor GPS a bordo. Medidas de pseudo-distância são usadas para estimar o vetor de estado. O estimador considerado é o método dos mínimos quadrados recursivo, através de rotações ortogonais de Givens, com a finalidade de evitar problemas numéricos e de inversão de matrizes. É considerado a modelagem das forças devido ao geopotencial de alto grau e ordem. Resultados indicam que a precisão em posição melhor que 10 m foi obtido usando dados reais do satélite Topex (com um mínimo de duas horas de dados - aproximadamente um período orbital). O resíduo de pseudo-distância teve um desvio padrão cerca de 5 m.

The Global Positioning System is a powerful and low cost process to compute orbits for some artificial Earth satellites. This work presents a method of orbit determination for satellites with an onboard GPS receiver. Pseudo-ranges are used in the measurements equations for the orbit estimator. The estimator considered is the recursive least squares method, numerically improved with orthogonal Givens rotations and thus avoiding problems concerning inversion of matrices. Up to high order geopotential perturbations are taken into account. Results indicate that precision better than 10 m is easily obtained using batches of one orbital period for the TOPEX satellite (two hours of orbital period). Standard deviation of about 5 m resulted for the residuals.