本发明专利技术涉及卫星大地测量学、地球物理学、空间科学等交叉技术领域，提出一种基于双星能量插值原理的卫星重力反演方法。通过将星载K波段测量仪的高精度星间距离插值引入双星相对轨道动能项，进而建立双星能量插值观测方程，旨在精确和快速反演全球重力场。该方法卫星重力反演精度较高，观测方程物理含义明确，利于重力卫星系统误差分析，易于感测中高频重力场信号，计算机性能要求较低。由于可实质性提高120阶GRACE地球重力场的感测精度，因此本发明专利技术提出的双星能量插值法是建立高精度和高空间分辨率的新一代全球重力场模型的有效方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星大地测量学、地球物理学、空间科学等交叉
，特别是涉及一种为克服目前全球卫星导航系统(GNSQ的动态定轨精度相对较低的缺点，通过将星载K波段测量仪的高精度星间距离观测值引入双星相对轨道动能项，基于插值原理建立新型双星能量插值观测方程，进而精确和快速反演全球重力场的方法。
技术介绍
卫星重力测量技术的实现是继美国GPS星座成功构建之后在大地测量领域的又一项创新和突破，它既不同于传统的车载、船载和机载测量，也不同于卫星测高和轨道摄动分析，而是通过卫星跟踪卫星技术(SST)和卫星重力梯度技术(SGG)反演高精度和高空间分辨率的地球重力场。如附图说明图1所示，重力卫星CHAMP、GRACE和GOCE的成功发射昭示着人类将迎来一个前所未有的卫星重力探测时代。确定地球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量、地球物理、海洋勘探应用等的需求，同时也为全人类寻求资源、保护环境和预测灾害提供重要的信息资源。第一，重力变化(重力异常)决定于地质构造和矿产资源(如煤炭、石油、天然气等)分布的不均勻性。由于我国远景资源储备中有78%的石油和93%的天然气亟待开发，因此精密重力测量有利于我国将来的资源勘探。第二，由于地震、火山、海啸、龙卷风、泥石流等自然灾害发生前后，地球重力场将发生明显的变化和异常，因此精密重力测量能帮助我们预测自然灾害的发生，进而降低人员伤亡和经济损失。目前基于卫星重力观测数据确定地球重力场的众多卫星重力反演方法包括(1)Kaula线性摄动法和轨道数值微分法。国内外研究表明，Kaula线性摄动法和基于加速度观测值的数值微分法只适合于求解低阶地球重力场且计算精度较低，现在较为盛行的是轨道动力学法和能量守恒法。( 轨道动力学法。优点是求解精度较高；缺点是观测数据运算量较大、求解过程复杂程度较高且反演较高阶重力场时需要高性能的并行计算机支持。(3)能量守恒法。优点是观测方程物理含义明确且易于地球重力场的敏感度分析，在保证求解精度的前提下计算量大大降低，通常采用PC计算机可完成高阶地球重力场的快速求解；缺点是对卫星速度的测量精度要求较高。本专利技术不同于前人已构建的地球重力场反演方法，首次通过在相对轨道动能中引入GRACE卫星(如图2所示)K波段测量仪的高精度星间距离，基于插值原理精确和快速建立了新型双星能量插值观测方程；并基于美国宇航局喷气推进实验室(NASA-JPL)公布的1年的GRACE Level-IB卫星观测数据，首次建立了全球重力场模型WHIGG-GEGM03S (GRACEEarth's Gravity Model from Wuhan Institute of Geodesy and Geophysics),进而检验了新型双星能量插值卫星重力反演法的可靠性和有效性。由于我国自主研制和正在建设的首期地球重力卫星系统预计于国家“十二五”规划末期发射升空，因此双星能量插值法以其独特的优越性(如反演精度高、计算速度快等)将成为我国高精度和高阶次全球重力场模型建立的优选方法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过将星载K波段测量仪的高精度星间距离插值引入双星相对轨道动能项，建立新型双星能量插值观测方程，旨在精确和快速反演全球重力场。为达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案一种，包含下列步骤步骤一对卫星观测数据进行预处理，具体包括1. 1)采集星载K波段测量仪得到的星间距离数据P 12 基于t检验准则即罗曼诺夫斯基准则，剔除星间距离数据中存在的粗大误差；基于9阶Lagrange多项式，插值获得间断的星间距离数据；1. 2)采集星载双频GPS接收机得到的卫星轨道数据，包括轨道位置r和轨道速度r 去除卫星轨道存在的重叠期，进行轨道数据的拼接；截掉由于定轨弱约束造成的卫星轨道数据的开始和结束时段处精度较低的数据；基于3 ο准则即莱以特准则，剔除轨道数据中存在的粗大误差；1. 3)采集星载加速度计得到的卫星非保守力数据f 基于t检验准则即罗曼诺夫斯基准则，剔除卫星非保守力数据中存在的粗大误差；基于9阶Lagrange多项式，插值获得间断的卫星非保守力数据。步骤二 基于双星能量插值原理反演全球重力场2. 1)在地心惯性系中，建立卫星运动方程如下，权利要求1. 一种，包含下列步骤步骤一对卫星观测数据进行预处理，具体包括1. 1)采集星载K波段测量仪得到的星间距离数据P 12 基于t检验准则即罗曼诺夫斯基准则，剔除星间距离数据中存在的粗大误差；基于9阶Lagrange多项式，插值获得间断的星间距离数据；1. 2)采集星载双频GPS接收机得到的卫星轨道数据，包括轨道位置r和轨道速度^ . 去除卫星轨道存在的重叠期，进行轨道数据的拼接；截掉由于定轨弱约束造成的卫星轨道数据的开始和结束时段处精度较低的数据；基于3 ο准则即莱以特准则，剔除轨道数据中存在的粗大误差；1.3)采集星载加速度计得到的卫星非保守力数据f 基于t检验准则即罗曼诺夫斯基准则，剔除卫星非保守力数据中存在的粗大误差；基于9阶Lagrange多项式，插值获得间断的卫星非保守力数据；步骤二 基于双星能量插值原理反演全球重力场·2.1)在地心惯性系中，建立卫星运动方程如下，r{r,t) = Fe(r,t') + FT(r,t') + f{r,t)，( 1)其中，表示卫星总加速度，r表示卫星的绝对位置矢量，t'表示观测时间；Fe(r，t')表示地球的引力；FT(r，t')表示三体摄动力；f(r，t')表示作用于卫星的非保守力；在式(1)两边同时乘以轨道速度Z，r. Kr,t) 二务· [Fe(r,t') ++ r - f(r,t)，(2)其中，Fe(r，t' )*FT(r，t')可表示为Fem(r,t') = ^,(3)其中，Ve = V0+Te表示地球引力位，G表示地球中心引力位，GM表示地球质量Mr和万有引力常数G之积，r = "χ2 + / + ζ2表示卫星的地心半径，χ，ι, ζ表示位置矢量r的分量，Te表示扰动位；VT表示三体摄动能；Ve(T)对时间的一阶导数表示如下dFe(T) ^ dVe(T) dr | dVe(T) dt ^⑷dt dr dt dt dt ’将式( 代入式中可得F (rt') r-dVe(T) dVe(T) ,(5)将式(5)代入式0)，并两边同时积分；在地心惯性系中，单星扰动位观测方程如下Te = Ek-Ef+Vw-VT-V0-E0,(6)其中，五k =去I^f表示卫星的动能；五y = fr-/d/表示卫星的耗散能；2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在120阶内，基于2点双星能量插值观测方程反演地球重力场的精度比分别基于4点、6点和8点双星能量插值观测方程的反演精度约3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在120阶内，基于6点双星能量插值观测方程反演地球重力场的精度分别高于基于2点、4点和8点双星能量插值观测方程的反演精度。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于美国宇航局喷气推进实验室NASA-JPL公布的2009年的GRACE Level-IB卫星观测数据，构建120阶高精度全球重力场模型WHIGG-GEGM03S。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，检验全球重力场模型WHIGG-GEGM03S本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，许厚泽，熊熊，钟敏，刘成恕，
申请(专利权)人：中国科学院测量与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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