一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统制造方法及图纸

一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统，所述方法包括：获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。本发明专利技术采用卫星跟踪卫星装置获取观测值，并计算得到重力梯度计算值，能够有效解决单纯用重力场模型生成的数据不能达到较好的精度要求的问题，并且避免了受地势约束等的问题，达到对重力加速度计进行高精度校准的目的。

A Method and System for Calibration of Accelerometer Using Satellite Tracking Satellite Device

A method and system for accelerometer calibration using satellite tracking satellite device is described. The method includes: acquiring the original observation data on satellite tracking satellite device; converting the original observation data into coordinates to obtain the observation data after coordinate conversion; calculating the gravity gradient calculated from the observation data after coordinate conversion and gravity gradient observation equation; and computing the gravity gradient calculated from the original observation data. The deviation between the calculated value of gravity gradient and the observed value of gravity gradient is calculated, and the actual observed value of gravity gradient is calibrated according to the deviation value. The invention adopts satellite tracking satellite device to obtain observation value and calculate gravity gradient calculation value, which can effectively solve the problem that data generated by gravity field model alone can not meet better accuracy requirements, and avoid the problem of terrain constraints, etc., so as to achieve the purpose of high precision calibration of gravity accelerometer.

【技术实现步骤摘要】
一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统
本专利技术涉及大地测量领域，具体涉及一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统。
技术介绍
目前国内外研制的卫星重力梯度平台主要为国际上欧洲空间局发射运行GOCE重力梯度测量卫星任务和我国正在研制的民用重力梯度测量卫星技术系统。欧洲空间局发射的GOCE卫星搭载了多类型载荷，包括三轴正交重力梯度仪(EGG)、激光后向反射棱镜(LRR)、高精度双频GNSS接收器、卫星跟踪装置、姿态控制系统、星象仪和离子推进器。其中重力梯度仪和卫星跟踪装置是GOCE卫星技术系统的关键载荷。重力梯度仪的原始观测数据为加速度计观测值。重力梯度观测值由原始加速度计观测值通过转换生成得到。重力梯度数据作为位函数的二阶导数，能够探测到重力场的中短波信号，可避免重力场信号随高度的增加而衰减，使利用低轨重力卫星观测数据反演高阶地球重力场模型成为可能。在GOCE卫星搭载的重力梯度仪采用的是差分加速度模式。观测数据的校准有飞行前校准，内部校准和外部校准。在卫星飞行的过程中，运行环境存在非理想状态。在此过程中，观测数据会出现系统偏差，通常表现为加速度计对读数的错位，即偏差和尺度因子的不匹配。因此在后期的数据校准处理中，多以尺度因子和偏差作为参考依据和评价标准。飞行前校准是在卫星发射运行前对载荷进行的测试校准，属于地面测试范畴。内部校准将重力梯度仪三方向加速度计的观测值转换成普通模式(CM，CommonMode)和差分模式(DM，DifferentMode)，对数据产出进行质量控制。普通模式加速度为无拖曳控制系统提供线性加速度信息，差分模式加速度用来生成重力梯度观测值。由于内部校准需要无拖曳系统产生加速度，在内部校准期间飞行观测数据就无法使用，这样一来会造成卫星的使用效率降低，通常情况下，内部校准的频次在一月一次。外部校准采用独立的数据源对观测数据进行校准，常见的外部校准的方法有：利用地球重力场模型的校准方法和利用高精度地面重力数据的校准方法。利用地球重力场模型的校准方法是指用已知重力场模型生成重力梯度，将这个计算值与重力梯度仪实际测量的观测值进行对比，得到偏差值。利用高精度地面重力数据的校准方法是指在地面上选取具有高精度重力数据且覆盖率较好的区域作为检验区，由地面重力数据计算出重力梯度，将计算值与测量值对比，得到偏差值。现有技术中，利用地球重力场模型的校准方法是指用已知重力场模型生成重力梯度计算值，将这个计算值与重力梯度仪实际测量的观测值进行对比，得到偏差值。然而现有技术中已知重力场模型有很多，例如OSU91A模型、EGM96模型、CG03C模型、EGM2008模型等，以尺度因子和偏差作为参考标准，不同模型达到校准精度不同，并且单纯的用重力场模型生成的数据不能达到较好的精度要求，在实际应用中还需要联合卫星测高数据和地面重力数据。另外，现有技术中利用高精度地面重力数据的校准方法是指在地面上选取具有高精度重力数据且覆盖率较好的区域作为检验区，由地面重力数据计算出重力梯度，将计算值与测量值对比，得到偏差值。然而此方法对检验区选取的要求十分高，在实际应用中发现：地势起伏平缓、数据采集密集的地区校准效果最好；地势起伏大、数据采集稀疏的地区校准效果差，不能达到精度水平要求。
技术实现思路
本方法主要解决的技术问题是对卫星重力梯度测量系统搭载的加速度计进行高精度校准验证。为避免现有技术中对检验区地势欺负和地面数据的受限制约束，本方法采取利用卫星跟踪卫星观测数据实现对加速度计观测值进行校准验证。为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，包括：获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。在具体的实施例中，所述原始观测数据包括卫星在轨道中相对于地心参考框架下的卫星位置、卫星距离地面高度和卫星的旋转角速度。在具体的实施例中，对所述原始观测数据进行坐标转换为将星象仪参考框架转换到重力梯度仪参考框架。在具体的实施例中，所述坐标转换的变换式为：其中，XGRF、YGRF、ZGRF分别为在重力梯度仪参考框架下的坐标值，XSSRF、YSSRF、ZSSRF分别为在星象仪参考框架下的X、Y、Z轴方向上的坐标矩阵，RSSRG_GRF_X、RSSRG_GRF_Y、RSSRG_GRF_Z分别为星象仪参考框架在重力梯度参考框架中X、Y、Z轴方向上的矩阵，x、y、z分别为在星象仪参考框架下的坐标值，αSTR、βSTR、γSTR分别为星象仪参考框架和重力梯度参考框架之间的固定旋转角度在X、Y、Z轴方向上的分量。在具体的实施例中，所述重力梯度观测方程为：其中，Εij为重力梯度观测量，Vij为引力梯度张量，i代表加速度，j代表速度；ω为角速度，为角加速度；Vxx代表由x方向上的加速度和x方向上的速度组成的引力梯度值、Vxy代表由x方向上的加速度和y方向上的速度组成的引力梯度值、Vxz代表由x方向上的加速度和z方向上的速度组成的引力梯度值，Vyx、Vyy、Vyz、Vzx、Vzy、Vzz以此类推，ωx、ωy、ωz分别为x、y、z方向上的角速度，分别为x、y、z方向上的角加速度；坐标转换后的观测数据代入上述重力梯度观测方程计算得出重力梯度计算值。在具体的实施例中，所述重力梯度实际观测值由卫星上的重力梯度仪测量得到。本专利技术的第二方面提供了一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的系统，包括：数据采集模块，用于获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；坐标转换模块，用于对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；重力梯度计算模块，用于根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；偏差计算模块，用于将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；校准模块，用于根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。在具体的实施例中，所述原始观测数据包括卫星在轨道中相对于地心参考框架下的卫星位置、卫星距离地面高度和卫星的旋转角速度。在具体的实施例中，对所述原始观测数据进行坐标转换为将星象仪参考框架转换到重力梯度仪参考框架。本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：采用卫星跟踪卫星装置获取观测值，并计算得到重力梯度计算值，能够有效解决单纯用重力场模型生成的数据不能达到较好的精度要求的问题，并且避免了受地势约束等的问题，达到对加速度计进行高精度校准。附图说明图1是本专利技术的采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法流程示意图；图2是本专利技术一具体实施例中采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法流程示意图；图3是重力梯度实际观测量的组成示意图；图4是本专利技术的采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的系统框架示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，包括：获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。

【技术特征摘要】
1.一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，包括：获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。2.根据权利要求1所述的一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，所述原始观测数据包括卫星在轨道中相对于地心参考框架下的卫星位置、卫星距离地面高度和卫星的旋转角速度。3.根据权利要求1所述的一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，对所述原始观测数据进行坐标转换为将星象仪参考框架转换到重力梯度仪参考框架。4.根据权利要求3所述的一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，所述坐标转换的变换式为：其中，XGRF、YGRF、ZGRF分别为在重力梯度仪参考框架下的坐标值，XSSRF、YSSRF、ZSSRF分别为在星象仪参考框架下的X、Y、Z轴方向上的坐标矩阵，RSSRG_GRF_X、RSSRG_GRF_Y、RSSRG_GRF_Z分别为星象仪参考框架在重力梯度参考框架中X、Y、Z轴方向上的矩阵，x、y、z分别为在星象仪参考框架下的坐标值，αSTR、βSTR、γSTR分别为星象仪参考框架和重力梯度参考框架之间的固定旋转角度在X、Y、Z轴方向上的分量。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法，其特征在于，所述重力梯度观测方程为：其中，Εij为重力梯度观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴云龙，邹正波，张毅，胡敏章，李查玮，
申请(专利权)人：湖北省地震局，
类型：发明
国别省市：湖北,42