[發(fā)明專利]基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010144728.7
• 申請(qǐng)日: 2020-03-04
• 公開（公告）號(hào): CN111308570B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳湯婷;胡偉建;盧立果;魯鐵定;王建強(qiáng);劉麗晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V7/16
• 分類號(hào): G01V7/16
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發(fā)明公開了基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)的方法，涉及衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括：S1：對(duì)載波相位、軌道狀態(tài)信息、加速度計(jì)和衛(wèi)星姿態(tài)等原始觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；S2：利用載波相位微分速度獲得衛(wèi)星動(dòng)能和旋轉(zhuǎn)位；S3：通過衛(wèi)星動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)位和各項(xiàng)攝動(dòng)位建立觀測(cè)方程，基于能量守恒定律在最小二乘準(zhǔn)則下估算全球重力場(chǎng)位系數(shù)。相較于傳統(tǒng)利用軌道微分速度反演重力場(chǎng)模型的能量守恒法，本發(fā)明提出的算法無須估算相位模糊度，同時(shí)降低歷元間系統(tǒng)偏差，便于對(duì)載體運(yùn)動(dòng)速度實(shí)施質(zhì)量控制，繼而提高全球重力場(chǎng)模型解算精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)的方法。

背景技術(shù)

地球重力場(chǎng)是地球最基本的一個(gè)物理場(chǎng)，反映了地球鄰近空間及其內(nèi)部物質(zhì)分布狀況，因此構(gòu)建精細(xì)化的全球重力場(chǎng)模型是地球科學(xué)相關(guān)學(xué)科的活躍研究領(lǐng)域之一。利用衛(wèi)星重力測(cè)量技術(shù)可以顯著提高重力場(chǎng)中長(zhǎng)波信息，基于衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)反演全球重力場(chǎng)模型的能量守恒法簡(jiǎn)單高效被廣泛采用。

能量守恒法是根據(jù)能量守恒定律建立載體運(yùn)動(dòng)速度與全球重力場(chǎng)模型位系數(shù)間的泛函關(guān)系，其關(guān)鍵問題是獲取高精度的載體運(yùn)動(dòng)速度觀測(cè)值。計(jì)算載體運(yùn)動(dòng)速度常用方法有經(jīng)典的軌道微分法，即借助衛(wèi)星軌道信息作為橋梁，因此其首要前提是必須先進(jìn)行定軌，同時(shí)易受衛(wèi)星幾何構(gòu)型分布影響，導(dǎo)致解算精度受限，所以迫切需要一種基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)模型的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

基于載波相位微分速度構(gòu)建全球重力場(chǎng)的方法，包括：

S1、數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)星載GNSS(Global Navigation Satellite System)相位原始觀測(cè)數(shù)據(jù)、重力專用衛(wèi)星軌道狀態(tài)信息、星載加速度計(jì)及其姿態(tài)數(shù)據(jù)原始觀測(cè)值進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，獲得星載GNSS相位無電離層組合值、精密連續(xù)軌道狀態(tài)信息、連續(xù)非保守力加速度及其姿態(tài)數(shù)據(jù)；

S2、利用載波相位微分速度法獲得衛(wèi)星動(dòng)能和旋轉(zhuǎn)位：將所述S1得到的星載GNSS相位無電離層組合值進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換和數(shù)值微分獲得載波相位速度，同時(shí)通過GNSS衛(wèi)星和重力專用衛(wèi)星接收機(jī)間幾何關(guān)系確定的視線速度和IGS精密星歷提供的高精度GNSS衛(wèi)星狀態(tài)信息獲取載體運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)而計(jì)算衛(wèi)星動(dòng)能，同時(shí)結(jié)合衛(wèi)星位置和地球自轉(zhuǎn)平均速度確定旋轉(zhuǎn)位；

S3、基于能量守恒定律估計(jì)地球重力場(chǎng)位系數(shù)：將所述S1得到的精密連續(xù)軌道狀態(tài)信息結(jié)合背景模型確定保守力位，然后加入所述S1中得到的連續(xù)非保守力加速度進(jìn)行沿軌積分計(jì)算耗散能，將所述S2得到的衛(wèi)星動(dòng)能扣除各項(xiàng)攝動(dòng)位建立慣性系下的觀測(cè)方程，最后利用能量守恒法線性估計(jì)全球重力場(chǎng)位系數(shù)。

優(yōu)選地，所述S1包括以下步驟，

S11，將星載GNSS相位原始觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合IGS(International GNSS Service)分析中心發(fā)布的精密鐘差產(chǎn)品獲得星載GNSS相位無電離層組合值；

S12，將重力專用衛(wèi)星軌道與星載GNSS相位觀測(cè)值時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)一，同時(shí)對(duì)間隔歷元軌道內(nèi)插處理，獲得精密連續(xù)軌道狀態(tài)信息；

S13，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性內(nèi)插獲得連續(xù)姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)要求加速度計(jì)數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)與星載GNSS相位觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)空基準(zhǔn)同步，由星載加速度計(jì)數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算重力專用衛(wèi)星連續(xù)非保守力加速度。

優(yōu)選地，在所述S2中，

對(duì)所述S1計(jì)算得到的星載GNSS相位無電離層組合值進(jìn)行時(shí)空基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換至慣性系相應(yīng)觀測(cè)值，經(jīng)數(shù)值微分獲得載波相位速度，同時(shí)通過GNSS衛(wèi)星和重力專用衛(wèi)星接收機(jī)間幾何關(guān)系確定的視線速度結(jié)合IGS精密星歷提供的高精度GNSS衛(wèi)星狀態(tài)信息獲得載體運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)而計(jì)算衛(wèi)星動(dòng)能，同時(shí)結(jié)合衛(wèi)星位置和地球自轉(zhuǎn)平均速度確定旋轉(zhuǎn)位。