一种基于重力场梯度不变量的轨道要素估计方法技术

一种基于重力场梯度不变量的轨道要素估计方法，其步骤如下：一：准备工作；二：理想重力梯度张量在东北天(East‑North‑Up，ENU)坐标系下的分解和特征值；三：求解测量历元J2模型重力场张量在ENU坐标系下的分解和特征值；四：利用J2重力梯度矩阵特征值求解各测量历元r和

【技术实现步骤摘要】
一种基于重力梯度不变量的轨道要素估计方法
本专利技术提供一种基于重力场梯度不变量的轨道要素估计方法，它涉及一种对在轨卫星利用重力场梯度测量数据进行轨道要素估计的方法，属于导航

技术介绍
地球重力场是受地球重力作用的空间范围，而由于地球内部质量分布的不规则性，使得地球重力场不是按一个简单规律变化的力场。为了建立地球重力场模型，传统的物理大地测量学依据地球表面收集的观测数据形成和发展了一系列重力场理论和方法，如重力势、重力位函数、大地水准面等。由于观测手段的限制，这个阶段形成的地球重力场模型比较粗糙，并不能给出相对精确的地球重力场分布，使得利用地球重力场特性的应用受限。进入20世纪后半叶，利用新的测量技术(如电磁波测距、人造地球卫星定位系统和甚长基线干涉测量(VLBI)等)和先进的重力测量仪器为建立更加精准的地球重力场模型提供了支持。如今，由于高精度的地球重力场模型的建立，利用重力梯度进行导航、定姿成为了众多国家、学者研究的热点。自上世纪60年代开始，有学者便提出利用重力梯度仪辅助惯性导航。重力梯度辅助惯性导航，是指利用重力梯度值来修正惯性导航系统(InertialNaviga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重力场梯度不变量的轨道要素估计方法，其特征在于：其步骤如下：步骤一：准备工作地球引力势函数在初步研究航天器运动规律时，把地球看作理想的球体，它对航天器产生的引力指向地心，其大小F与航天器的质量m成正比，而与地心至航天器的距离r的平方成反比：

【技术特征摘要】
1.一种基于重力场梯度不变量的轨道要素估计方法，其特征在于：其步骤如下：步骤一：准备工作地球引力势函数在初步研究航天器运动规律时，把地球看作理想的球体，它对航天器产生的引力指向地心，其大小F与航天器的质量m成正比，而与地心至航天器的距离r的平方成反比：上式中，F为航天器所受地球引力，G为地球引力常量，m为航天器质量，r为地心至航天器的几何距离。F除以m就是引力加速度g。把两个常数合并μ＝GM，则得到下式：上式中，μ成为地球引力常数。此情况下地球引力场成为中心引力场。把引力加速度表示成引力势的梯度，则中心引力场的引力势函数是：实际的地球并不是球对称的，具有变平度、梨形和赤道变形等，因而引力加速度是距离r、纬度(地心纬度)和经度λ的函数，而r，λ是在地球固连坐标系Se中位置的球坐标。为了严格地而且方便地描述地球引力加速度的分布，把它表示成地球引力势函数U的梯度：上式中grad(*)为求梯度算子。以下给出，在只考虑地球非球形J2项影响下的引力场表达式：上式中R＝6378.1363km，为地球赤道半径。开普勒轨道根数在惯性空间观察航天器轨道，需要定义轨道要素。轨道要素，又称轨道根数，是决定开普勒轨道的运动特征的一组常数。在考虑轨道摄动后，轨道根数不再是常数，可以作为状态变量。轨道根数一共有6个，表示及含义如下：a：椭圆轨道半场轴；e：椭圆轨道偏心率；Ω：升交点赤经；航天器轨道由南向北穿越赤道的点称为升交点B。赤道平面内，由春分点向东转到升交点B的角度称为升交点赤经，有效范围是0至360度；i：轨道倾角；轨道平面与赤道平面的夹角。有效范围是0至180度；tp：近地点时刻；航天器通过近地点的时刻，也可以用纪元时刻t0的真近点角θ(t0)，或偏近点角E(t0)，或平近点角M(t0)；ω：近地点幅角；轨道平面内，有升交点转到近地点的角度。有效范围是0至360度。他们的作用分别是：轨道半长轴a和偏心率e确定轨道的大小和形状；升交点赤经Ω和轨道倾角i确定轨道平面在惯性空间的取向；近地点幅角ω确定拱线在轨道平面内的位置；纪元时刻的平近点角M(t0)确定时间的起点。轨道摄动方程在摄动力作用下航天器的轨道不是开普勒轨道，其轨道要素是随时间变化的：a(t)，e(t)，Ω(t)，i(t)，…。以下给出轨道摄动方程：上式中，与前文已出现的符号具有相同含义；fr表示摄动加速度在地心轨道坐标系的径向分量；fu表示摄动加速度在地心轨道坐标系的横向分量；fh表示摄动加速度在地心轨道坐标系的副法向分量；p为半通径。步骤二：理想重力梯度张量在东北天(East-North-Up，ENU)坐标系下的分解和特征值理想球体重力场模型如公式(3)所示，式中r有如下表示：上式中，x，y，z分别是卫星位置向量r在地球固连坐标系上的三个分量投影。重力梯度张量可以看成是引力加速度的梯度，引力加速度又是引力场的梯度。因而直接在ENU坐标系下分解：上式中，下标E，N，U表示Γ在ENU坐标系下分解的不同元素。通过式(8)可以方便的得到重力梯度矩阵的三个特征值：2从式(9)可以知，三个特征值两两线性相关，只有一个特征量。步骤三：求解测量历元J2模型重力场张量在ENU坐标系下的分解和特征值J2模型重力场张量由式(5)给出。采用求梯度算子求解J2模型重力场张量在ENU坐标系下的分解：其中，各个分量形式如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培，孙秀聪，张键，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11