[发明专利]一种基于扰动星间相对速度提高重力场反演精度的方法

说明书

本发明公开了一种基于扰动星间相对速度提高重力场反演精度的方法，包括：根据星载测距仪和星载GPS接收机，确定扰动星间相对速度单星扰动绝对速度和扰动绝对位置；根据单星扰动绝对速度，采用Lagrange插值公式，计算得到双星扰动绝对加速度矢量差根据扰动绝对位置，确定单位矢量；根据确定的单位矢量和双星扰动绝对加速度矢量差确定双星扰动绝对加速度矢量差的视线分量根据视线分量和所述扰动星间相对速度，确定扰动星间相对速度观测方程；根据扰动星间相对速度观测方程，进行地球重力场反演，确定地球引力位系数精度和累计大地水准面精度。本发明可以精确和快速的反演地球重力场，提高了地球重力场反演的精度和空间分辨率。

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种基于扰动星间相对速度提高重力场反演精度的方法。

背景技术

卫星重力测量计划是继美国全球定位系统(Global Positioning System，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，是当前地球重力场探测研究中最高效、最经济和最有发展潜力的方法和技术。目前，常用的卫星重力测量计划为单编队卫星重力计划(如Gravity Recovery and Climate Experiment，GRACE计划)。

其中，单编队卫星重力计划存在的缺点是：无法同时提高卫星观测数据的空间分辨率和时间分辨率。根据海森堡测不准原理可知：卫星观测数据的空间分辨率S_R和时间分辨率T_R的乘积为常数，其中GM表示万有引力常数G和地球质量M之积，R_e表示地球的平均半径，H表示卫星的轨道高度。如果GRACE计划采用1个月的卫星观测数据反演地球重力场，那么卫星轨迹在地面的覆盖率(空间分辨率约为166km)基本可满足地球重力场反演要求，但1个月的时间分辨率无法感测和分离短周期(日、周等)的地球时变重力场信号，因此将导致短周期信号混入月周期信号的“混频现象”，进而限制地球时变重力场精度无法实质性提高。

基于以上原因，国内外众多科研机构正在积极论证下一代更高时空分辨率的卫星重力计划，如双星编队卫星重力计划。

双星编队卫星重力计划主要包括：串行式双星编队和钟摆式双星编队。双星编队卫星重力计划具有如下优点：(1)适当降低了卫星轨道高度(250～400km)，进而有效抑制了地球重力场信号强度随卫星轨道高度升高的衰减效应；(2)适当提高了关键载荷数据的测量精度(1～3个数量级)，进而降低了卫星观测数据误差对地球重力场反演精度的负面影响；(3)适当缩短了星间相对距离(50～100km)，进而提高了地球中短波重力场的感测灵敏度。

但是，双星编队卫星重力计划也存在诸多缺点：(1)由于随着卫星轨道高度每降低100km，作用于卫星体的非保守力约增大一个数量级，因此不稳定的卫星工作平台不仅将影响载荷的测量精度和动态范围，而且将缩短卫星的飞行寿命，进而影响地球静态和时变重力场的反演精度；(2)在提高载荷测量精度的同时，载荷技术难度、研制经费需求、以及对卫星平台的姿态控制等将大幅度增加；(3)当缩短星间相对距离，虽然可适当提高地球中短波重力场的测量精度，但由于双星距离太近将同时损失地球长波重力场的反演精度；(4)由于仍采用单编队卫星重力测量计划，因此无法较好解决进一步提高地球重力场空间分辨率的关键问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于扰动星间相对速度提高重力场反演精度的方法，提高了地球重力场反演的精度和空间分辨率。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于扰动星间相对速度提高重力场反演精度的方法，包括：

根据星载测距仪和星载GPS接收机，确定扰动星间相对速度单星扰动绝对速度和扰动绝对位置；

根据所述单星扰动绝对速度，采用Lagrange插值公式，计算得到双星扰动绝对加速度矢量差其中，t表示插值点的时刻；

根据所述扰动绝对位置，确定单位矢量；