一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，属于卫星重力探测技术领域，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；解算观测方程，求取引力位球谐系数。本发明专利技术基于重力卫星星间激光测距系统获得星间距离及其变化率和星间加速度，再根据牛顿第二运动定律建立观测方程，最后利用最小二乘估算引力位球谐系数。相较于经典利用高低卫星跟踪卫星技术反演方法，本发明专利技术无需数值微分解算，能有效避免高频误差放大，从而提高引力场模型解算精度。

A method to determine the gravity field model based on the gravity satellite intersatellite laser ranging system

【技术实现步骤摘要】
一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法
本专利技术属于卫星重力探测
，具体涉及一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法。
技术介绍
引力场是描述空间物体间相互吸引效应的理论模型，由于地球内部资料分布不均匀，导致其不是一个按简单规律变化的力场，因此研究引力场精细结构和构建高精度引力场模型是地球物理学相关学科的主要科学任务之一。目前在确定引力场模型时，常规采用的方法是利用高低卫星跟踪卫星技术反演的方法，但是该方法解算精度差，放大了高频误差，同时观测噪声大，因此测量精度低。因此，有必要提出一种能提高解算精度、测量精度高的引力场模型建立方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，以解决上述提出的技术问题。本专利技术的技术方案是：一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；解算观测方程，求取引力位球谐系数。优选的，采集的原始数据集包括：基于重力双星轨道分别获得的地固系下各颗卫星原始轨道位置和载体的运动速度信息基于星间激光测距系统获得的原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度基于星载加速度计获取原始加速度计坐标系下的非保守力加速度；>基于重力双星卫星获取原始卫星姿态观测值。优选的，对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差的步骤包括：对各颗卫星原始轨道位置和载体运动速度信息作差得到原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差对原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差做时间同步和粗差剔除获得改正双星间轨道位置矢量差和载体运动速度矢量差对原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度做光时改正和几何改正，获得改正星间距离ρ及其变化率和改正星间加速度对原始卫星姿态观测值进行线性内插，获得改正连续卫星姿态观测值；利用改正连续卫星姿态观测值确定旋转矩阵，将星载加速度计获得的原始加速度计坐标系下的非保守力加速度进行转换，获得惯性系下的非保守力加速度对地固系内的改正双星间轨道位置矢量差和载体运动速度矢量差进行坐标变化，将其转换为惯性系下二次改正双星间轨道位置矢量差及其二次改正载体运动速度矢量差分别对各颗卫星引力位函数VA和VB求差得到双星引力位差值VAB；引入梯度算子▽计算对进行坐标转换获得惯性系下双星引力梯度分量利用式(1)求取视线方向加速度值A其中，A为视线方向加速度值，为惯性系下重力双星轨道位置矢量差值，为惯性系下双星引力梯度分量；利用式(2)求取视线方向组合观测值A1其中，A1为视线方向组合观测值，ρ为改正星间距离，为改正星间距离ρ的变化率，为改正星间加速度，为惯性系下重力双星载体运动速度矢量差值；利用式(3)求取星间加速度残差A2其中，A2为星间加速度残差，A1为视线方向组合观测值，为惯性系下重力双星轨道位置矢量差值，为三体引力、潮汐、相对论效应等各项非地球摄动保守力加速度，为非保守力加速度。优选的，利用式(4)建立观测方程A＝A2(4)其中，其中，A为视线方向加速度值，为惯性系下重力双星轨道位置矢量差值，为惯性系下双星引力梯度分量，A1为视线方向组合观测值，为惯性系下重力双星轨道位置矢量差值，为三体引力、潮汐、相对论效应等各项非地球摄动保守力加速度，为非保守力加速度，A2为星间加速度残差，ρ为改正星间距离，为改正星间距离ρ的变化率，为改正星间加速度，为惯性系下重力双星载体运动速度矢量差值。本专利技术提供的一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，基于重力卫星星间激光测距系统获得星间距离及其变化率和星间加速度，再根据牛顿第二运动定律建立观测方程，最后利用最小二乘估算引力位球谐系数。相较于经典利用高低卫星跟踪卫星技术反演方法，本专利技术提出的算法无需数值微分解算，有效避免高频误差放大，同时观测噪声小，测量精度高，从而提高引力场模型解算精度，实用性好，值得推广。附图说明图1是本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图1对本专利技术提供的一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；解算观测方程，求取引力位球谐系数。进一步的，采集的原始数据集包括：基于重力双星轨道分别获得的地固系下各颗卫星原始轨道位置和载体的运动速度信息基于星间激光测距系统获得的原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度基于星载加速度计获取原始加速度计坐标系下的非保守力加速度；基于重力双星卫星获取原始卫星姿态观测值。进一步的，对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差的步骤包括：对各颗卫星原始轨道位置和载体运动速度信息作差得到原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差对原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差做时间同步和粗差剔除获得改正双星间轨道位置矢量差和载体运动速度矢量差对原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度做光时改正和几何改正，获得改正星间距离ρ及其变化率和改正星间加速度对原始卫星姿态观测值进行线性内插，获得改正连续卫星姿态观测值；利用改正连续卫星姿态观测值确定旋转矩阵，将星载加速度计获得的原始加速度计坐标系下的非保守力加速度进行转换，获得惯性系下的非保守力加速度对地固系内的改正双星间轨道位置矢量差和载体运动速度矢量差进行坐标变化，将其转换为惯性系下二次改正双星间轨道位置矢量差及其二次改正载体运动速度矢量差分别对各颗卫星引力位函数VA和VB求差得到双星引力位差值VAB；引入梯度算子▽计算对进行坐标转换获得惯性系下双星引力梯度分量利用式(1)求取视线方向加速度值A其中，A为视线方向加速度值，为惯性系下重力双星轨道位置矢量差值，为惯性系下双星引力梯度分量；利用式(2)求取视线方向组合观测值A1其中，A1为视线方向组合观测值，ρ为改正星间距离，为改正星间距离ρ的变化率，为改正星间加速度，为惯性系下重力双星载体运动速度矢量差值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采集原始数据集；/n对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；/n基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；/n解算观测方程，求取引力位球谐系数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集原始数据集；
对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差；
基于视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差建立观测方程；
解算观测方程，求取引力位球谐系数。


2.根据权利要求1所述的一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，其特征在于，采集的原始数据集包括：
基于重力双星轨道分别获得的地固系下各颗卫星原始轨道位置和载体的运动速度信息
基于星间激光测距系统获得的原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度
基于星载加速度计获取原始加速度计坐标系下的非保守力加速度；
基于重力双星卫星获取原始卫星姿态观测值。


3.根据权利要求1所述的一种基于重力卫星星间激光测距系统确定引力场模型的方法，其特征在于，对原始数据集进行预处理获得视线方向加速度值、视线方向组合观测值和星间加速度残差的步骤包括：
对各颗卫星原始轨道位置和载体运动速度信息作差得到原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差
对原始双星间轨道位置矢量差和原始载体运动速度矢量差做时间同步和粗差剔除获得改正双星间轨道位置矢量差和载体运动速度矢量差
对原始星间距离ρ0及其变化率和原始星间加速度做光时改正和几何改正，获得改正星间距离ρ及其变化率和改正星间加速度
对原始卫星姿态观测值进行线性内插，获得改正连续卫星姿态观测值；
利用改正连续卫星姿态观测值确定旋转矩阵，将星载加速度计获得的原始加速度计坐标系下的非保守力加速度进行转换，获得惯性系下的非保守力加速度
对地固系内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴汤婷，卢立果，鲁铁定，王建强，陈本富，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西;36