Utilisation des mesures GPS pour la restitution dynamique précise d'orbites et l'amélioration des modèles globaux de champ de gravité terrestre : application au satellite TOPEX/POSEIDON et à la simulation des performances des futures missions géodésiques

Precise dynamic orbit determination and global geopotential model improvement using gps data. Application to topex/poseidon satellite and to future geodetic mission performance simulation

• Auteur / Autrice : Félix Perosanz
• Direction : Georges Balmino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géodésie spatiale
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

GPS

Satellites artificiels -- Poursuite

Calcul

Satellites artificiels -- Orbites

Télédétection

Géodésie

Orbites

Résumé

La determination de modeles de champ de gravite terrestre est une activite essentielle du groupe de recherches de geodesie spatiale (grgs) depuis plus de 20 ans. Chaque nouvelle iteration de la serie des modeles grim a apporte des ameliorations sensibles de la description du geopotentiel tant en resolution qu'en precision. Cependant pour differentes applications geophysiques et oceanographiques la qualite de ces modeles apparait d'ores et deja comme limitative. Un gain d'un ordre de grandeur sur la connaissance du geoide doit etre realise dans un proche avenir. La communaute scientifique s'accorde a penser qu'un tel progres ne pourra venir que d'une nouvelle mission satellitaire mettant en uvre les techniques de poursuite de satellite par satellite (sst) et/ou de gravimetrie embarque (sgg) a une altitude inferieure a 500 km. Le satellite topex/poseidon (t/p), lance en 1992 sur une orbite a 1300 km d'altitude, embarquait a titre probatoire et pour la premiere fois dans de bonnes conditions de suivi, un recepteur gps de grande qualite. Des mesures radioelectriques de precision centimetrique entre l'ensemble des 24 satellites de la constellation gps orbitants a 20000 km d'altitude et t/p allaient etre possible. L'orbitographie operationnelle du satellite etait assuree par les systemes de poursuites doris et laser dont les performances etaient reconnues. De gravite. Dans un premier temps les travaux de these ont consiste a etendre les capacites du logiciel de calcul d'orbites gins du grgs au traitement des mesures gps. Cela a implique le developpement complet de la chaine de pre-traitement de ces mesures, l'introduction de la fonction de mesure gps (double difference de phase) et la gestion des inconnues associees dans gins ainsi que sa reorganisation pour en faire un outil d'orbitographie multi-satellites. L'ensemble des mesures gps, doris et laser mettant en uvre le satellite t/p, 20 satellites gps, 20 stations gps du reseau igs et l'ensemble des stations des reseaux doris et laser sur une periode de 10 jours (cycle 15 de t/p) ont ete traitees. Differents tests ont montre une precision de restitution de l'orbite de t/p de 3-4 cm dans la direction radiale et decimetrique dans les trois directions (rms), soit des performances comparables a celles obtenues par d'autres groupes (jet propulsion laboratory, university of texas). De plus les differentes combinaisons des trois types d'observables ont montre une amelioration de la restitution de l'orbite de t/p faible mais systematique lorsque les mesures gps et doris sont traitees simultanement. Enfin, les systemes d'equations normales issus du traitement des mesures gps, doris et laser sur l'ensemble du cycle 15 ont ete generees et combinees pour donner 5 modeles de champ de gravite. Une etude relative de ces differentes solutions a montre d'une part, q ue les donnees gps avaient l'impact le plus important sur les modeles et d'autre part, que les solutions incluant les equations normales (gps+doris) et (gps+doris+laser) donnaient les meilleurs resultats suggerant une certaine complementarite au sens dynamique de ces differents systemes de poursuite. Dans un second temps, le developpement d'un logiciel de simulation des performances de mission geodesique a ete entrepris. En effet, depuis l'abandon du projet aristoteles en 1991, differents projets dediees a l'amelioration des modeles de champ de gravite ont ete proposees (step, games, grace). La variete des techniques mises en uvres (sst ou sgg), des caracteristiques instrumentales (type d'observation, precision, bruit) et orbitales (altitude entre 200 et 500 km) necessitaient le developpement d'un logiciel de simulation a la fois general et rapide. Cet outil, baptise manege (methode analytico-numerique d'estimation du geopotentiel), a permis d'effectuer une etude comparative des performances de chacun de ces projets ainsi que de contribuer a la definition du concept bridge du cnes