一种空间分层扰动引力场网格模型快速构建方法技术

本发明专利技术涉及空间分层扰动引力场网格模型快速构建方法，可有效解决用于快速、高精度地得到地球外部任意高度层面的扰动引力问题，包括以下步骤：传统积分公式改化为卷积形式，进而利用卷积定理进行快速计算；低阶模型重力异常与剩余重力异常计算，得到剩余重力异常；傅里叶变换及其逆变换，求得剩余扰动引力值；低阶模型扰动引力与最终扰动引力计算，得最终扰动引力；扰动引力精度与计算效率比较，同时与传统方法比较效率差别，本发明专利技术方法易操作应用，可有效解决快速、高精度地得到地球外部任意高度层面的扰动引力，有助于空间各种飞行器在运动时的快速实时定位和控制，保证飞行器的安全，具有很强的使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空航天技术，特别是一种空间分层扰动引力场网格模型快速构建方 法。
技术介绍
随着航空航天技术的发展，各种飞行器的安全已为人们所关注，而影响飞行器安 全的一个重要原因在于扰动引力作为地球重力场快速高精度的计算，确保各种飞行器在运 动时的快速实时定位，目前计算扰动引力是根据Stokes理论，在视地球为球体且忽略零阶 项的情况下，地球外部点(AW)的扰动位与地面重力异常有如下的关系式，【主权项】1. ，其特征在于，包括以下步骤： 一、传统积分的卷积形式改化： 利用Stokes积分计算扰动引力的传统公式（3)，将式（3)改化为卷积形式，方法是，先 构建一个球面三角形，P、P、λ分别为待求点球坐标中的球心向径、球心炜度及经度，<、 λ '分别为积分元d Σ的地心炜度和经度；Ptl为待求点P在球面的投影点，其球面坐标为 (Pd); φ为Ptl与积分元d Σ之间的球心角；A为待求点与(1Σ连线的方位角；P ^与球面元 素 d Σ，以及北极点Np构成一个球面三角形，可给出以下几个关系式： cos ψ = Sin^sinr/?'+ cos φ cos φ' cos( λλ) 式(5) sinycos 4 = cospsin炉'一sin妒cosp'cos(/T-/l) 式(6) siny/sin Z = cosp'sin(/T_A) 式(7) 对式（5)两边分别求P、λ的偏导数，并联立式（6)、式（7)，得：进一步的，当沪'=沪-八炉，入，=入-Δλ，则有： cos 妒，=cos(v) -Δρ) = cos 妒 cos Δρ +sin 妒 sin Δρ 式(9) Sin^i = sin(^-A^) = sin^cosA^-cos^sinA^/? 式(H)) 将式（9)代入式（5)，有 cosy，= cosApsin2 sin Apsin % cos %+ cos Apcos Aylcos2 p + S：(11) sin Αφ cos Αλ cos <z>sin φ 将式（8)、（9)、（10)、（11)与式⑶联立，得：则式（12)即为卷积形式的Stokes积分公式，当积分半径确定之后，msAp、sinAp的值 即确定，将三角函数值计算并存入动态数组，避免反复计算，提高计算效率； 二、低阶模型重力异常计算： 计算公式为：式（13)中AgM为低阶模型重力异常，γ为地球平均重力，N为模型截断阶数， 匕、L为扣除正常项的地球重力位模型系数，λ、炉为对应点地心经炜度值，&为正则 化的缔合勒让德函数，n、m分别为阶、次数； 二、剩余重力异常计算： 剩余重力异常即为式（12)中的δ Ag。，计算公式为：δ Ag。= Ag-AgM，AgM在式（13) 中已给出； 四、 傅里叶变换及其逆变换： 利用卷积定理进行快速傅里叶变换及其逆变换，卷积定理是：设FFT = F(s)， FFT = G(s)，则： f(t)*g(t) = IFFTiFFT DFFTtga)]} 其中FFT表示傅里叶正变换算子，IFFT表示傅里叶逆变换算子，表示卷积运算符， 将此定理用于Stokes积分，即式（12)，得剩余扰动引力，如下，五、 低阶模型扰动引力计算： 利用位系数模型计算低阶模型扰动引力值，计算公式是：其中R为地球平均半径，f为万有引力常数，M为包括大气在内的地球总质量，其余定义 与低阶模型重力异常公式中相同； 六、最终扰动引力计算： 将步骤四得到的剩余扰动引力与步骤五得到低阶模型扰动引力求和，得最终的扰动引 力结果，如下式： 5P= ΔΤ ρ+δΜρ δφ=ΑΤφ+ δΜφ δ λ= ΔΤ λ+δΜλ 其中S1,、4、δ λ分别为最终所求的扰动引力矢量的各个分量值。【专利摘要】本专利技术涉及空间分层扰动引力场网格模型快速构建方法，可有效解决用于快速、高精度地得到地球外部任意高度层面的扰动引力问题，包括以下步骤：传统积分公式改化为卷积形式，进而利用卷积定理进行快速计算；低阶模型重力异常与剩余重力异常计算，得到剩余重力异常；傅里叶变换及其逆变换，求得剩余扰动引力值；低阶模型扰动引力与最终扰动引力计算，得最终扰动引力；扰动引力精度与计算效率比较，同时与传统方法比较效率差别，本专利技术方法易操作应用，可有效解决快速、高精度地得到地球外部任意高度层面的扰动引力，有助于空间各种飞行器在运动时的快速实时定位和控制，保证飞行器的安全，具有很强的使用价值。【IPC分类】G05D1-12【公开号】CN104834320【申请号】CN201510126443【专利技术人】王庆宾, 范昊鹏, 吴晓平, 李姗姗, 赵东明, 李新星, 孙文, 周睿, 吴亮, 常岑, 贾鲁 【申请人】中国人民解放军信息工程大学【公开日】2015年8月12日【申请日】2015年3月23日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间分层扰动引力场网格模型快速构建方法，其特征在于，包括以下步骤：一、传统积分的卷积形式改化：利用Stokes积分计算扰动引力的传统公式(3)，将式(3)改化为卷积形式，方法是，先构建一个球面三角形，ρ、λ分别为待求点球坐标中的球心向径、球心纬度及经度，λ'分别为积分元d∑的地心纬度和经度；P0为待求点P在球面的投影点，其球面坐标为ψ为P0与积分元d∑之间的球心角；A为待求点与dΣ连线的方位角；P0与球面元素d∑，以及北极点Np构成一个球面三角形，可给出以下几个关系式：对式(5)两边分别求λ的偏导数，并联立式(6)、式(7)，得：进一步的，当λ'＝λ‑Δλ，则有：将式(9)代入式(5)，有将式(8)、(9)、(10)、(11)与式(3)联立，得：其中，则式(12)即为卷积形式的Stokes积分公式，当积分半径确定之后，的值即确定，将三角函数值计算并存入动态数组，避免反复计算，提高计算效率；二、低阶模型重力异常计算：计算公式为：式(13)中ΔgM为低阶模型重力异常，γ为地球平均重力，N为模型截断阶数，为扣除正常项的地球重力位模型系数，λ、为对应点地心经纬度值，为正则化的缔合勒让德函数，n、m分别为阶、次数；三、剩余重力异常计算：剩余重力异常即为式(12)中的δΔgo，计算公式为：δΔgo＝Δg‑ΔgM，ΔgM在式(13)中已给出；四、傅里叶变换及其逆变换：利用卷积定理进行快速傅里叶变换及其逆变换，卷积定理是：设FFT[f(t)]＝F(s)，FFT[g(t)]＝G(s)，则：f(t)*g(t)＝IFFT{FFT[f(t)]□FFT[g(t)]}其中FFT表示傅里叶正变换算子，IFFT表示傅里叶逆变换算子，“*”表示卷积运算符，将此定理用于Stokes积分，即式(12)，得剩余扰动引力，如下，五、低阶模型扰动引力计算：利用位系数模型计算低阶模型扰动引力值，计算公式是：其中R为地球平均半径，f为万有引力常数，M为包括大气在内的地球总质量，其余定义与低阶模型重力异常公式中相同；六、最终扰动引力计算：将步骤四得到的剩余扰动引力与步骤五得到低阶模型扰动引力求和，得最终的扰动引力结果，如下式：δρ＝ΔTρ+δMρδλ＝ΔTλ+δMλ其中δρ、δλ分别为最终所求的扰动引力矢量的各个分量值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆宾，范昊鹏，吴晓平，李姗姗，赵东明，李新星，孙文，周睿，吴亮，常岑，贾鲁，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南;41