[发明专利]一种星体重力场反演的方法和系统、以及处理器

说明书

本发明公开了一种星体重力场反演的方法，包括：获取星体的关键载荷数据；其中，所述关键载荷数据，包括：星间速度误差、轨道位置误差和非保守力误差；根据所述关键载荷数据构建半数值综合误差模型；其中，所述半数值综合误差模型为与所述星间速度误差、轨道位置误差和非保守力误差相关的数学模型；根据由星下点误差确定的阶误差方差和所述半数值综合误差模型，进行星体重力场反演。通过本发明实现了对星体重力场的高精度、快速反演。

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，尤其涉及一种星体重力场反演的方法和系统、以及处理器。

背景技术

继Apollo 11载人登月于1969年7月20日成功实施后，围绕“早开发，先受益”的原则，星体(天体/行星)探测已成为各航天大国在深空探测领域新一轮的竞争焦点和远景规划。

以火星探测和载人登火为例，21世纪是通过专用的卫星重力测量技术提高对“数字火星”认知能力的新纪元。火星重力场不仅有利于反映火星表面和内部物质的空间分布、运动和迁移，而且可决定火星大地水准面的起伏和波动。因此，火星重力场精细结构研究是行星科学、地球科学、天体物理学、天文学、空间科学等的需求。

以地球为例，美国宇航局喷气推进实验室(NASA's JPL)和德国波兹坦地学研究中心(GFZ)联合研制的GRACE地球重力双星致力于精确测量地球中长波重力场信号。GRACE-A(Tom)和GRACE-B(Jerry)设计为近圆、近极和低轨双星，通过高轨GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)卫星精确测量卫星的轨道位置和轨道速度，基于K波段测距系统(KBR)高精度感测星间距离，利用星载加速度计(ACC)获得非保守力(大气阻力、太阳光压、地球辐射压、轨道和姿态控制力等)信息实现地球重力场反演。

基于当前GRACE地球卫星重力测量计划的卓越贡献和成功经验，美国宇航局喷气推进实验室(NASA-JPL)已于2011年成功实施了月球卫星重力测量计划GRAIL，旨在建立高精度月球重力场模型。GRAIL-A(Ebb)和GRAIL-B(Flow)月球双星采用极轨、近圆、低轨和同轨设计。GRAIL-A/B双星基于Ka波段月球重力测距仪系统(LGRS)精确测量星间距离，利用深空跟踪网(DSN)连续跟踪卫星轨道，通过惯性测量单元、太阳敏感器和星跟踪器感测卫星的三维姿态，采用X-波段无线电科学信标(RSB)将观测信号实时传回地面站。

自从美国宇航局于1964年11月28日成功发射了首颗火星探测器Mariner-4，火星重力场模型构建主要依靠轨道摄动观测数据。火星重力场模型是指一系列火星引力位系数的集合。至今为止，国际众多科研机构已采用传统重力测量技术开展了深入和广泛的火星重力场模型建立的研究论证。

不同于以前的重力场测量轨道摄动技术，将来火星卫星重力测量技术不仅将在火星探测计划中扮演重要角色，而且直接决定火星探测器的最优轨道设计和载人登火着陆器位置的优化选取。鉴于当前地球卫星重力测量计划GRACE和月球卫星重力测量计划GRAIL的优秀表现和卓越贡献，如何进一步提高火星重力场反演精度是本领域技术人员亟需解决的问题之一。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种星体重力场反演的方法和系统、以及处理器，以实现对星体重力场的高精度、快速反演。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种星体重力场反演的方法，包括：

获取星体的关键载荷数据；其中，所述关键载荷数据，包括：星间速度误差、轨道位置误差和非保守力误差；

根据所述关键载荷数据构建半数值综合误差模型；其中，所述半数值综合误差模型为与所述星间速度误差、轨道位置误差和非保守力误差相关的数学模型；

根据由星下点误差确定的阶误差方差和所述半数值综合误差模型，进行星体重力场反演。