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Bandwidth correction of Swarm GPS carrier phase observations for improved orbit and gravity field determination

Schreiter, Lucas und Montenbruck, Oliver und Zangerl, Franz und Siemes, Christian und Arnold, Daniel und Jäggi, Adrian (2021) Bandwidth correction of Swarm GPS carrier phase observations for improved orbit and gravity field determination. GPS Solutions, 25 (2), Seite 70. Springer. doi: 10.1007/s10291-021-01107-0. ISSN 1080-5370.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Gravity fields derived from GPS tracking of the three Swarm satellites have shown artifacts near the geomagnetic equator, where the carrier phase tracking on the L2 frequency is unable to follow rapid ionospheric path delay changes due to a limited tracking loop bandwidth of only 0.25 Hz in the early years of the mission. Based on the knowledge of the loop filter design, an analytical approach is developed to recover the original L2 signal from the observed carrier phase through inversion of the loop transfer function. Precise orbit determination and gravity field solutions are used to assess the quality of the correction. We show that the a posteriori RMS of the ionosphere-free GPS phase observations for a reduced-dynamic orbit determination can be reduced from 3 to 2 mm while keeping up to 7% more data in the outlier screening compared to uncorrected observations. We also show that artifacts in the kinematic orbit and gravity field solution near the geomagnetic equator can be substantially reduced. The analytical correction is able to mitigate the equatorial artifacts. However, the analytical correction is not as successful compared to the down-weighting of problematic GPS data used in earlier studies. In contrast to the weighting approaches, up to 9-10% more kinematic positions can be retained for the heavily disturbed month March 2015 and also stronger signals for gravity field estimation in the equatorial regions are obtained, as can be seen in the reduced error degree variances of the gravity field estimation. The presented approach may also be applied to other low earth orbit missions, provided that the GPS receivers offer a sufficiently high data rate compared to the tracking loop bandwidth, and provided that the basic loop-filter parameters are known.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141324/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Bandwidth correction of Swarm GPS carrier phase observations for improved orbit and gravity field determination
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schreiter, LucasAIUBhttps://orcid.org/0000-0003-4634-7360NICHT SPEZIFIZIERT
Montenbruck, OliverDLR/GSOChttps://orcid.org/0000-0003-4783-745XNICHT SPEZIFIZIERT
Zangerl, FranzRUAGNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siemes, ChristianTU Delfthttps://orcid.org/0000-0001-8316-1130NICHT SPEZIFIZIERT
Arnold, DanielAIUBhttps://orcid.org/0000-0003-3574-0837NICHT SPEZIFIZIERT
Jäggi, AdrianAIUBNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 März 2021
Erschienen in:GPS Solutions
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:25
DOI:10.1007/s10291-021-01107-0
Seitenbereich:Seite 70
Verlag:Springer
ISSN:1080-5370
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Orbit determination, Tracking loop, Loop filter, Ionospheric artifacts, Gravity field determination
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
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DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Infrastruktur und Unterstützung für Raumflugbetrieb (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Raumflugbetrieb und Astronautentraining
Hinterlegt von: Montenbruck, Dr.rer.nat.hab. Oliver
Hinterlegt am:17 Mär 2021 17:34
Letzte Änderung:17 Mär 2021 17:34

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