[發明專利]一種基于分布式感知單元的熱層大氣密度預測方法及系統

有效

• 申請號: 202010036996.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111259310B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 劉衛;劉四清;龔建村;羅冰顯;王榮蘭;師立勤
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發明屬于大氣密度感知方法和空間物理技術領域，具體涉及一種基于分布式軌道大氣感知單元的熱層大氣密度預測方法，包括：獲得P個分布式軌道大氣感知單元；結合能量耗散率或半長軸衰減，計算每個分布式軌道大氣感知單元所在的軌道面熱層大氣密度修正比值；周期性動態選取不同地方時、均勻分布在P個分布式軌道大氣感知單元的多個空間目標；在所有P個分布式軌道大氣感知單元上，每2～30s計算空間目標在對應軌道面上空間點的大氣密度，進而3～24h周期性獲取全空間大氣密度數據集{ρsubgt;O/subgt;}，并計算球諧系數，進而計算修正后的拐點溫度和外逸層溫度，構成熱層大氣密度修正模型，利用該修正模型，獲得動態修正后的熱層大氣密度，實現預測未來空間任意位置的大氣密度。

技術領域

本發明屬于大氣密度感知方法和空間物理技術領域，具體涉及一種基于分布式軌道大氣感知單元的熱層大氣密度預測方法及系統。

背景技術

高精度軌道大氣預測在航天器軌道確定預報、返回艙再入落點預報等航天活動中具有重要的應用價值。目前，熱層大氣模型普遍存在15～30％誤差，空間天氣事件期間更大，無法滿足高精度的熱層大氣預測需求。

航天工程中，采用估算阻力系數補償大氣模型誤差的方法，可滿足具有軌道跟蹤數據航天器自身高精度需求。由于熱層大氣模型誤差具有地方時、緯度和高度特性，上述方法不具有空間拓展性，無法推廣到其它軌道航天器進行應用；且熱層大氣專用探測空間和時間分辨率低、成本高等缺陷；傳統軌道大氣補償方法存在空間不可拓展的缺陷，無法滿足熱層大氣密度的高精度預測。

發明內容

本發明的目的在于，為解決現有的熱層大氣密度模型存在上述缺陷，本發明提出了一種基于分布式軌道大氣感知單元的熱層大氣密度預測方法，該方法基于分布于不同軌道面空間目標的軌道衰減數據，感知計算不同地方時、不同高度的軌道大氣密度的實時變化，并以此為校正數據，結合熱層大氣平衡擴散原理，對熱層的125km高度處拐點和外逸層兩個邊界溫度進行動態修正，以滿足熱層大氣密度的高精度預測。

為了實現上述目的，本發明提出了一種基于分布式軌道大氣感知單元熱層大氣密度預測方法，其包括：

將熱層大氣劃分成多個切面，每個切面對應的軌道面內運行的多個空間目標作為分布式軌道大氣感知單元，獲得P個分布式軌道大氣感知單元；

基于每個分布式軌道大氣感知單元的軌道數據，并結合能量耗散率或半長軸衰減，計算每個分布式軌道大氣感知單元所在的軌道面熱層大氣密度修正比值；

周期性動態選取不同地方時、均勻分布在P個分布式軌道大氣感知單元的多個空間目標；

在所有P個分布式軌道大氣感知單元上，利用修正比值和熱層大氣密度模型的大氣密度，每2～30s計算空間目標在對應軌道面上空間點的大氣密度，進而3～24h周期性獲取全空間大氣密度數據集{ρ_O}；

將獲得的全空間大氣密度數據集{ρ_O}作為校正數據，采用熱層邊界溫度球諧系數展開修正方法，對熱層大氣密度模型進行動態修正，使用微分修正方法，計算球諧系數；

利用計算的球諧系數，計算修正后的拐點溫度和外逸層溫度，構成熱層大氣密度修正模型，利用熱層大氣密度修正模型，獲得動態修正后的熱層大氣密度，實現預測未來空間任意位置的大氣密度。

作為上述技術方案的改進之一，所述多個空間目標中，每個空間目標所在的軌道高度小于800km、傾角在90±15度范圍內、具有球形或方形的目標構型特征和自旋速率小于10度/天的姿態穩定特征。

作為上述技術方案的改進之一，所述基于每個分布式軌道大氣感知單元的軌道數據，并結合半長軸衰減，計算每個分布式軌道大氣感知單元所在的軌道面熱層大氣密度修正比值；具體為：