[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于擾動(dòng)星間相對(duì)速度提高重力場(chǎng)反演精度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710218595.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106997061B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭偉;李釗偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01V7/00
• 分類(lèi)號(hào): G01V7/00;G01V7/06
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于擾動(dòng)星間相對(duì)速度提高重力場(chǎng)反演精度的方法，包括：根據(jù)星載測(cè)距儀和星載GPS接收機(jī)，確定擾動(dòng)星間相對(duì)速度單星擾動(dòng)絕對(duì)速度和擾動(dòng)絕對(duì)位置；根據(jù)單星擾動(dòng)絕對(duì)速度，采用Lagrange插值公式，計(jì)算得到雙星擾動(dòng)絕對(duì)加速度矢量差根據(jù)擾動(dòng)絕對(duì)位置，確定單位矢量；根據(jù)確定的單位矢量和雙星擾動(dòng)絕對(duì)加速度矢量差確定雙星擾動(dòng)絕對(duì)加速度矢量差的視線分量根據(jù)視線分量和所述擾動(dòng)星間相對(duì)速度，確定擾動(dòng)星間相對(duì)速度觀測(cè)方程；根據(jù)擾動(dòng)星間相對(duì)速度觀測(cè)方程，進(jìn)行地球重力場(chǎng)反演，確定地球引力位系數(shù)精度和累計(jì)大地水準(zhǔn)面精度。本發(fā)明可以精確和快速的反演地球重力場(chǎng)，提高了地球重力場(chǎng)反演的精度和空間分辨率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于擾動(dòng)星間相對(duì)速度提高重力場(chǎng)反演精度的方法。

背景技術(shù)

衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃是繼美國(guó)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)星座成功構(gòu)建之后在大地測(cè)量領(lǐng)域的又一項(xiàng)創(chuàng)新和突破，是當(dāng)前地球重力場(chǎng)探測(cè)研究中最高效、最經(jīng)濟(jì)和最有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ê图夹g(shù)。目前，常用的衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃為單編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃(如Gravity Recovery and Climate Experiment，GRACE計(jì)劃)。

其中，單編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃存在的缺點(diǎn)是：無(wú)法同時(shí)提高衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間分辨率和時(shí)間分辨率。根據(jù)海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理可知：衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間分辨率S_R和時(shí)間分辨率T_R的乘積為常數(shù)，其中GM表示萬(wàn)有引力常數(shù)G和地球質(zhì)量M之積，R_e表示地球的平均半徑，H表示衛(wèi)星的軌道高度。如果GRACE計(jì)劃采用1個(gè)月的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演地球重力場(chǎng)，那么衛(wèi)星軌跡在地面的覆蓋率(空間分辨率約為166km)基本可滿(mǎn)足地球重力場(chǎng)反演要求，但1個(gè)月的時(shí)間分辨率無(wú)法感測(cè)和分離短周期(日、周等)的地球時(shí)變重力場(chǎng)信號(hào)，因此將導(dǎo)致短周期信號(hào)混入月周期信號(hào)的“混頻現(xiàn)象”，進(jìn)而限制地球時(shí)變重力場(chǎng)精度無(wú)法實(shí)質(zhì)性提高。

基于以上原因，國(guó)內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)正在積極論證下一代更高時(shí)空分辨率的衛(wèi)星重力計(jì)劃，如雙星編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃。

雙星編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃主要包括：串行式雙星編隊(duì)和鐘擺式雙星編隊(duì)。雙星編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)適當(dāng)降低了衛(wèi)星軌道高度(250～400km)，進(jìn)而有效抑制了地球重力場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度隨衛(wèi)星軌道高度升高的衰減效應(yīng)；(2)適當(dāng)提高了關(guān)鍵載荷數(shù)據(jù)的測(cè)量精度(1～3個(gè)數(shù)量級(jí))，進(jìn)而降低了衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差對(duì)地球重力場(chǎng)反演精度的負(fù)面影響；(3)適當(dāng)縮短了星間相對(duì)距離(50～100km)，進(jìn)而提高了地球中短波重力場(chǎng)的感測(cè)靈敏度。

但是，雙星編隊(duì)衛(wèi)星重力計(jì)劃也存在諸多缺點(diǎn)：(1)由于隨著衛(wèi)星軌道高度每降低100km，作用于衛(wèi)星體的非保守力約增大一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此不穩(wěn)定的衛(wèi)星工作平臺(tái)不僅將影響載荷的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)范圍，而且將縮短衛(wèi)星的飛行壽命，進(jìn)而影響地球靜態(tài)和時(shí)變重力場(chǎng)的反演精度；(2)在提高載荷測(cè)量精度的同時(shí)，載荷技術(shù)難度、研制經(jīng)費(fèi)需求、以及對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制等將大幅度增加；(3)當(dāng)縮短星間相對(duì)距離，雖然可適當(dāng)提高地球中短波重力場(chǎng)的測(cè)量精度，但由于雙星距離太近將同時(shí)損失地球長(zhǎng)波重力場(chǎng)的反演精度；(4)由于仍采用單編隊(duì)衛(wèi)星重力測(cè)量計(jì)劃，因此無(wú)法較好解決進(jìn)一步提高地球重力場(chǎng)空間分辨率的關(guān)鍵問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于擾動(dòng)星間相對(duì)速度提高重力場(chǎng)反演精度的方法，提高了地球重力場(chǎng)反演的精度和空間分辨率。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于擾動(dòng)星間相對(duì)速度提高重力場(chǎng)反演精度的方法，包括：

根據(jù)星載測(cè)距儀和星載GPS接收機(jī)，確定擾動(dòng)星間相對(duì)速度單星擾動(dòng)絕對(duì)速度和擾動(dòng)絕對(duì)位置；

根據(jù)所述單星擾動(dòng)絕對(duì)速度，采用Lagrange插值公式，計(jì)算得到雙星擾動(dòng)絕對(duì)加速度矢量差其中，t表示插值點(diǎn)的時(shí)刻；

根據(jù)所述擾動(dòng)絕對(duì)位置，確定單位矢量；