[发明专利]基于载波相位微分速度构建全球重力场的方法

说明书

本发明公开了基于载波相位微分速度构建全球重力场的方法，涉及卫星重力探测技术领域，包括：S1：对载波相位、轨道状态信息、加速度计和卫星姿态等原始观测值进行数据预处理；S2：利用载波相位微分速度获得卫星动能和旋转位；S3：通过卫星动能、旋转位和各项摄动位建立观测方程，基于能量守恒定律在最小二乘准则下估算全球重力场位系数。相较于传统利用轨道微分速度反演重力场模型的能量守恒法，本发明提出的算法无须估算相位模糊度，同时降低历元间系统偏差，便于对载体运动速度实施质量控制，继而提高全球重力场模型解算精度。

技术领域

本发明涉及卫星重力探测技术领域，特别涉及基于载波相位微分速度构建全球重力场的方法。

背景技术

地球重力场是地球最基本的一个物理场，反映了地球邻近空间及其内部物质分布状况，因此构建精细化的全球重力场模型是地球科学相关学科的活跃研究领域之一。利用卫星重力测量技术可以显著提高重力场中长波信息，基于卫星跟踪卫星技术反演全球重力场模型的能量守恒法简单高效被广泛采用。

能量守恒法是根据能量守恒定律建立载体运动速度与全球重力场模型位系数间的泛函关系，其关键问题是获取高精度的载体运动速度观测值。计算载体运动速度常用方法有经典的轨道微分法，即借助卫星轨道信息作为桥梁，因此其首要前提是必须先进行定轨，同时易受卫星几何构型分布影响，导致解算精度受限，所以迫切需要一种基于载波相位微分速度构建全球重力场模型的方法。

发明内容

本发明实施例提供了基于载波相位微分速度构建全球重力场的方法，用以解决现有技术中存在的问题。

基于载波相位微分速度构建全球重力场的方法，包括：

S1、数据预处理：对星载GNSS(Global Navigation Satellite System)相位原始观测数据、重力专用卫星轨道状态信息、星载加速度计及其姿态数据原始观测值进行数据预处理，获得星载GNSS相位无电离层组合值、精密连续轨道状态信息、连续非保守力加速度及其姿态数据；

S2、利用载波相位微分速度法获得卫星动能和旋转位：将所述S1得到的星载GNSS相位无电离层组合值进行时空基准转换和数值微分获得载波相位速度，同时通过GNSS卫星和重力专用卫星接收机间几何关系确定的视线速度和IGS精密星历提供的高精度GNSS卫星状态信息获取载体运动速度进而计算卫星动能，同时结合卫星位置和地球自转平均速度确定旋转位；

S3、基于能量守恒定律估计地球重力场位系数：将所述S1得到的精密连续轨道状态信息结合背景模型确定保守力位，然后加入所述S1中得到的连续非保守力加速度进行沿轨积分计算耗散能，将所述S2得到的卫星动能扣除各项摄动位建立惯性系下的观测方程，最后利用能量守恒法线性估计全球重力场位系数。

优选地，所述S1包括以下步骤，

S11，将星载GNSS相位原始观测数据结合IGS(International GNSS Service)分析中心发布的精密钟差产品获得星载GNSS相位无电离层组合值；

S12，将重力专用卫星轨道与星载GNSS相位观测值时空基准统一，同时对间隔历元轨道内插处理，获得精密连续轨道状态信息；

S13，对卫星姿态原始数据进行线性内插获得连续姿态数据，同时要求加速度计数据及姿态数据与星载GNSS相位观测数据时空基准同步，由星载加速度计数据和姿态数据计算重力专用卫星连续非保守力加速度。

优选地，在所述S2中，

对所述S1计算得到的星载GNSS相位无电离层组合值进行时空基准转换至惯性系相应观测值，经数值微分获得载波相位速度，同时通过GNSS卫星和重力专用卫星接收机间几何关系确定的视线速度结合IGS精密星历提供的高精度GNSS卫星状态信息获得载体运动速度进而计算卫星动能，同时结合卫星位置和地球自转平均速度确定旋转位。