解耦与耦合卫星星历估计策略——以 JUICE 任务为例
地球与行星天体物理
2023-08-15 v1 天体物理仪器与方法
摘要
在利用空间任务跟踪数据重建天然卫星星历时，航天器与天然天体的动力学通常分别以解耦方式单独求解。另一种方法可同步进行星历生成与航天器轨道确定。该方法直接将可用数据集映射到估计参数的协方差，同时充分考虑所有动力学耦合。因此，它为估计问题提供了统计上一致的解，而解耦策略无法直接保证这一点。特别是对于伽利略卫星，JUICE 任务为改进星历提供了独特机遇。对于此类动力学耦合问题，两种策略的选择将产生影响。本文先给出耦合方法的详细显式公式，随后针对 JUICE 测试用例比较两种状态估计方法的性能。为此，我们在模拟的 JUICE 无线电测量数据上使用了脱耦与耦合模型。我们比较了伽利略卫星状态所得的协方差，表明解耦方法对卫星切向位置给出略低的形式误差。另一方面，耦合模型在径向可将状态不确定性降低一个数量级以上。它还证明对木卫一、木卫二与木卫三之间的动力学耦合更为敏感，使前两颗卫星的解能充分受益于 JUICE 绕木卫三的轨道相位。然而，在将并发估计策略成功应用于长时间尺度重建卫星动力学之前，仍有许多问题待解决。尽管如此，我们的分析凸显了有前景的星历改进，从而激励未来为实现伽利略卫星的耦合状态解而努力。
引用
@article{arxiv.2308.06779,
title = {Decoupled and coupled moons' ephemerides estimation strategies -- Application to the JUICE mission},
author = {M. Fayolle and D. Dirkx and V. Lainey and L. I. Gurvits and P. N. A. M. Visser},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.06779},
year = {2023}
}