一种卫星重力梯度确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星重力梯度确定方法及系统。所述卫星重力梯度确定方法包括：建立重力梯度卫星的局部指北坐标系；根据所述局部指北坐标系确定三条基线；根据所述三条基线建立共点正交基线模型；根据所述共点正交基线模型表示卫星重力梯度测量理论模型，确定卫星重力梯度。采用本发明专利技术所提供的卫星重力梯度确定方法及系统能够方便设计重力梯度测量卫星，准确全面分析重力梯度测量卫星的测量误差和关键技术，提高卫星重力梯度确定精度。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星重力梯度确定方法及系统
本专利技术涉及卫星重力梯度测量领域，特别是涉及一种卫星重力梯度确定方法及系统。
技术介绍
地球重力场研究是一项庞大、复杂的工作。目前重力场的测量方式有地面重力测量、航空重力测量、海洋重力测量和卫星重力测量，其中卫星重力测量方式效率最高，且可以覆盖全球范围，是重力场研究的热点方向；卫星重力测量技术主要包括卫星测高、卫星跟踪和卫星重力梯度测量，其中，卫星重力梯度测量技术通过重力梯度值计算地球重力场，能够观测中高频的重力场信息，得到更高阶次的地球重力场模型。国外经过多年的研究和实践，已经在卫星重力梯度测量领域取得实际成果；而国内众多科研机构紧跟国际卫星重力梯度测量动态，积极投身于卫星重力梯度测量系统需求分析和指标论证的研究当中，如果能掌握卫星重力梯度测量的原理及组成，则在保证精确系统模型的前提下，就可以实现对真实测量系统的全面仿真。目前，卫星重力梯度测量领域主要数据处理思路为：通过加速度计观测值直接差分，得到重力梯度各个方向分量，然后经过一系列坐标转换过程，得到局部指北坐标系下重力梯度，最后将重力梯度值应用于重力场反演等研究中；这种思路在理想状态下可以有效解决一般问题；但是，由于仪器的震动、热胀冷缩，机械形变等客观原因，使得加速度计在梯度仪中实际位置与理想位置存在偏差，导致单轴梯度仪上两个加速度计的连线(基线)长度不固定，三条基线的中点并不能重合于一点以及三条基线不能达到相互正交的状态，从而导致最终得出的重力梯度存在很大的偏差，进而导致重力场反演的精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星重力梯度确定方法及系统，以解决重力梯度测量偏差大，重力场反演精度低的问题，提高重力梯度卫星设计分析能力。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种卫星重力梯度确定方法，包括：建立重力梯度卫星的局部指北坐标系；根据所述局部指北坐标系确定三条基线；所述三条基线为任意两个加速度计的理想质量中心之间的连线；所述理想质量中心为梯度仪未发生物理变化时，加速度计在梯度仪中的位置；根据所述三条基线建立共点正交基线模型；所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点，所述三条基线的长度相等且分别位于所述局部指北坐标系的三条坐标轴上；根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度。可选的，所述根据所述局部指北坐标系确定三条基线，具体包括：分别获取所述局部指北坐标系X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系的原点为中心对称点的两个加速度计位置；每一条坐标轴上两个所述加速度计之间连线的长度相等；确定同一轴线上的两个加速度之间的连线为基线。可选的，所述根据所述三条基线建立共点正交基线模型，具体包括：将所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点作为所述共点正交基线模型的原点，以所述三条基线为所述共点正交基线模型的X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系各坐标轴的方向为所述共点正交基线模型的坐标轴方向，建立共点正交基线模型。可选的，所述根据所述三条基线建立共点正交基线模型之后，还包括：依据卫星重力梯度测量原理，在加速度计坐标系下测量所述加速度计的实际质量中心的加速度值；获取卫星姿态数据以及卫星载荷位置偏差；所述卫星姿态数据为在轨道上运行所处的空间指向状态；所述卫星载荷位置偏差为实际位置相对于理想位置的偏差；根据所述卫星姿态数据以及所述卫星载荷位置偏差对所述加速度值进行修正，得到修正后的加速度值；根据所述修正后的加速值将所述加速度坐标系转换到所述局部指北坐标系。可选的，所述根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度，具体包括：获取所述加速度计的实际位置以及所述共点正交基线模型上加速度计的理想位置；根据所述实际位置以及所述理想位置确定相对位置偏差；获取历史加速度值；根据所述历史加速度值确定空间加速度变化率；根据所述相对位置偏差以及所述空间加速度变化率确定所述共点正交基线模型上的加速度观测量；根据所述加速度观测量确定卫星重力梯度。一种卫星重力梯度确定系统，包括：局部指北坐标系建立模块，用于建立重力梯度卫星的局部指北坐标系；基线确定模块，用于根据所述局部指北坐标系确定三条基线；所述三条基线为任意两个加速度计的理想质量中心之间的连线；所述理想质量中心为梯度仪未发生物理变化时，加速度计在梯度仪中的位置；共点正交基线模型建立模块，用于根据所述三条基线建立共点正交基线模型；所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点，所述三条基线的长度相等且分别位于所述局部指北坐标系的三条坐标轴上；卫星重力梯度确定模块，用于根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度。可选的，所述基线确定模块具体包括：加速度计位置获取单元，用于分别获取所述局部指北坐标系X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系的原点为中心对称点的两个加速度计位置；每一条坐标轴上两个所述加速度计之间连线的长度相等；基线确定单元，用于确定同一轴线上的两个加速度之间的连线为基线。可选的，所述共点正交基线模型建立模块具体包括：共点正交基线模型确定单元，用于将所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点作为所述共点正交基线模型的原点，以所述三条基线为所述共点正交基线模型的X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系各坐标轴的方向为所述共点正交基线模型的坐标轴方向，建立共点正交基线模型。可选的，还包括：加速度值测量单元，用于依据卫星重力梯度测量原理，在加速度计坐标系下测量所述加速度计的实际质量中心的加速度值；参数获取单元，用于获取卫星姿态数据以及卫星载荷位置偏差；所述卫星姿态数据为在轨道上运行所处的空间指向状态；所述卫星载荷位置偏差为实际位置相对于理想位置的偏差；修正单元，用于根据所述卫星姿态数据以及所述卫星载荷位置偏差对所述加速度值进行修正，得到修正后的加速度值；转换单元，用于根据所述修正后的加速值将所述加速度坐标系转换到所述局部指北坐标系。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种卫星重力梯度确定方法及系统，根据局部指北坐标系通过三条基线建立共点正交基线模型，其中，三条基线为任意两个加速度计的理想质量中心之间的连线；所述三条基线两两垂直且相交于一点，并且所述三条基线的长度相等，根据理想状态下的加速度计确定了三条基线，从而避免了由于梯度仪的震动、热胀冷缩以及机械形变等客观原因致使加速度计在梯度仪中实际位置与理想位置存在的偏差，实现了单轴梯度仪上两个加速度计的连线(基线)长度固定，三条基线的中点重合于一点以及三条基线达到相互正交的状态，进而提高了重力梯度的测量精度以及重力场的反演精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的卫星重力梯度确定方法流程图；图2为本专利技术所提供的共点正交三基线模型示意图；图3为本专利技术所提供的加速度计坐标系与局部指北坐标系关系图；图4为本专利技术所提供的卫星重力梯度确定系统结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星重力梯度确定方法，其特征在于，包括：建立重力梯度卫星的局部指北坐标系；根据所述局部指北坐标系确定三条基线；所述三条基线为任意两个加速度计的理想质量中心之间的连线；所述理想质量中心为梯度仪未发生物理变化时，加速度计在梯度仪中的位置；根据所述三条基线建立共点正交基线模型；所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点，所述三条基线的长度相等且分别位于所述局部指北坐标系的三条坐标轴上；根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度。

【技术特征摘要】
1.一种卫星重力梯度确定方法，其特征在于，包括：建立重力梯度卫星的局部指北坐标系；根据所述局部指北坐标系确定三条基线；所述三条基线为任意两个加速度计的理想质量中心之间的连线；所述理想质量中心为梯度仪未发生物理变化时，加速度计在梯度仪中的位置；根据所述三条基线建立共点正交基线模型；所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点，所述三条基线的长度相等且分别位于所述局部指北坐标系的三条坐标轴上；根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度。2.根据权利要求1所述的卫星重力梯度确定方法，其特征在于，所述根据所述局部指北坐标系确定三条基线，具体包括：分别获取所述局部指北坐标系X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系的原点为中心对称点的两个加速度计位置；每一条坐标轴上两个所述加速度计之间连线的长度相等；确定同一轴线上的两个加速度之间的连线为基线。3.根据权利要求2所述的卫星重力梯度确定方法，其特征在于，所述根据所述三条基线建立共点正交基线模型，具体包括：将所述三条基线两两垂直且相交于所述局部指北坐标系的原点作为所述共点正交基线模型的原点，以所述三条基线为所述共点正交基线模型的X轴、Y轴以及Z轴，以所述局部指北坐标系各坐标轴的方向为所述共点正交基线模型的坐标轴方向，建立共点正交基线模型。4.根据权利要求1所述的卫星重力梯度确定方法，其特征在于，所述根据所述三条基线建立共点正交基线模型之后，还包括：依据卫星重力梯度测量原理，在加速度计坐标系下测量所述加速度计的实际质量中心的加速度值；获取卫星姿态数据以及卫星载荷位置偏差；所述卫星姿态数据为在轨道上运行所处的空间指向状态；所述卫星载荷位置偏差为实际位置相对于理想位置的偏差；根据所述卫星姿态数据以及所述卫星载荷位置偏差对所述加速度值进行修正，得到修正后的加速度值；根据所述修正后的加速值将所述加速度坐标系转换到所述局部指北坐标系。5.根据权利要求4所述的卫星重力梯度确定方法，其特征在于，所述根据所述共点正交基线模型确定卫星重力梯度，具体包括：获取所述加速度计的实际位置以及所述共点正交基线模型上加速度计的理想位置；根据所述实际位置以及所述理想位置确定相对位置偏差；获取历史加速度值；根据所述历史加速度值确定空间加速度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云，王云鹏，王丽兵，任飞龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一五四零部队，
类型：发明
国别省市：陕西,61