Real-Time Precise Orbit Determination for Low Earth Orbit Satellites During Geomagnetic Storms

LI Min; HE Jiangwei; LI Wenwen; JIANG Kecai; WANG Yubin; ZHANG Jiangnan

doi:10.13203/j.whugis20250340

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Real-Time Precise Orbit Determination for Low Earth Orbit Satellites During Geomagnetic Storms

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Real-Time Precise Orbit Determination for Low Earth Orbit Satellites During Geomagnetic Storms
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 51, Issue 8, Pages: 1611-1619(2026)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学测绘学院，湖北武汉，430079
  2.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉，430079
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20250340
  CLC： P228
- Received：25 January 2026，
  
  Published：05 August 2026
- 稿件说明：
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李敏,何蒋威,李文文，等.地磁暴期间低轨卫星实时精密定轨研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(8):1611-1619.

LI Min,HE Jiangwei,LI Wenwen,et al.Real-Time Precise Orbit Determination for Low Earth Orbit Satellites During Geomagnetic Storms[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(8):1611-1619.
李敏,何蒋威,李文文，等.地磁暴期间低轨卫星实时精密定轨研究[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(8):1611-1619. DOI：,10.13203/j.whugis20250340

LI Min,HE Jiangwei,LI Wenwen,et al.Real-Time Precise Orbit Determination for Low Earth Orbit Satellites During Geomagnetic Storms[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(8):1611-1619. DOI：,10.13203/j.whugis20250340

摘要

研究了基于星载全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）技术和加速度计数据的GRACE（gravity recovery and climate experiment）卫星计划的后续卫星（GRACE Follow-On，GRACE-FO）实时精密定轨，重点分析了地磁暴期间融合星载加速度计数据对实时精密定轨和轨道维持精度的提升。地磁平静时期，采用非保守力摄动模型和星载加速度计数据定轨精度相当，均优于30 cm；地磁暴发生时期，使用加速度计数据辅助定轨精度优于40 cm，较采用非保守力摄动模型定轨精度平均提升31%。在此基础上进一步研究了地磁暴期间GNSS拒止条件（GNSS信号完全丢失）下的轨道维持精度，利用星载加速度计数据60 min轨道维持精度优于50 cm，200 min精度优于150 cm，相较于无加速度计情形平均提升87%。实验结果表明

融合星载GNSS和加速度计数据可以显著提升地磁暴期间实时定轨和轨道维持精度，达到与地磁暴平静时期一致的精度水平。

Abstract

Objective

Maintaining high-precision orbits for low earth orbit satellites is essential for advanced Earth observation and navigation systems. This study investigated real-time precise orbit determination using gravity recovery and climate experiment follow-on (GRACE-FO) satellite data based on global navigation satellite system (GNSS) and accelerometer

specifically focusing on precise orbit determination and orbit maintenance during GNSS-denied conditions (signal degradation or loss). The key aim was to evaluate the improvement in orbit accuracy from integrating onboard accelerometer data

particularly during geomagnetic storms.

Methods

Following an initial study of orbit determination accuracy during geomagnetically quiet periods

this paper assesses the precision gain from using accelerometer data over conventional empirical models for real-time orbit determination. When both strategies showed comparable accuracy

we then investigated their performance differences during geomagnetic storms. This included evaluating both real-time orbit determination and orbit maintenance accuracy under different denial lengths in navigation-denied scenarios.

Results

During quiet periods with unimpeded GNSS signals

both strategies delivered similar real-time orbit determination accuracy

better than 30 cm. Under geomagnetic storm conditions

the accelerometer-assisted strategy achieved orbit determination accuracy better than 40 cm

outperforming the conventional strategy by an average of 31%. In simulated GNSS-denied conditions during storms

accelerometer data significantly improved orbit maintenance accuracy: 30 minute and 60 minute accuracies were better than 50 cm

and 200 minute accuracy was better than 150 cm (by an average of 87% improvement) compared to conditions without accelerometer data.

Conclusions

Integrating on-board GNSS and accelerometer data for real-time orbit determination and maintenance during GNSS-denied conditions effectively maintains orbit accuracy during geomagnetic storms. This strategy sustains precision levels comparable to those achieved in quiet periods

demonstrating a strong capability for robust orbit accuracy maintenance under disturbed space weather conditions.

关键词

Keywords

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