专利名称：重力卫星编队轨道稳定性优化设计和精密反演地球重力场方法
技术领域：
本发明涉及空间大地测量学、卫星重力学、地球物理学、宇航学等交叉技术领域，特别是涉及一种四星编队系统(FSS: Four-Satellite System)轨道稳定性优化设计方法，进而利用星载激光干涉测量仪的星间距离、GPS接收机的卫星轨道位置、以及加速度计的卫星非保守力观测数据，基于扰动星间距离反演法有效提高地球重力场精度。
背景技术：
本世纪是利用卫星跟踪卫星高低/低低技术(SST-HL/LL:Satellite-to-Satellite Tracking in the High-Low/Low-Low mode)提升对“智慧地球”认知能力的新时代。如
图1所示，国际重力卫星CHAMP (Challenging MinisatellitePayload)、GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)和 GOCE (Gravity Fieldand Steady-State Ocean Circulation Explorer)的相继成功发射以及更高精度 GRACEFollow-On卫星的即将发射预示着人类将迎来一个前所未有的高精度卫星重力探测技术时代。虽然GRACE卫星重力测量技术较传统重力测量技术(车载、船载和机载)可高效、高精度和高空间分辨率探测地球静态(中长波)和时变(长波)重力场，但GRACE重力卫星系统的固有缺点(第一，无法降低卫星轨道高度；第二，无法提高载荷测量精度；第三，无法获取垂向重力梯度；第四，无法扣除高频信号混淆)无法通过自身调节而消除。因此，为了有效弥补GRACE的不足之处，进而高精度和高空间分辨率地建立地球静态(中短波)和时变(中长波)重力场模型，只有实施新型卫星重力测量计划才能得以有效解决(如图2所示)。Massonnet于1998年首次将四星编队技术应用于被动雷达干涉测量；Sneeuw和Schaub于2004年提出了基于四星编队系统精密探测地球重力场的新技术。如图2所示，基于四星编队技术高精度测量地球重力场的主要思想如下(1)每颗单星沿各自的椭圆轨道绕地球飞行；(2)四星编队系统的质心以圆轨道模式环地球运动；(3)每颗单星绕编队系统质心以椭圆轨道形式旋转(半长轴半短轴=2 :1)。地球引力位F(r爲A)分别对(HZ)的二阶导数表示如下
权利要求
1.一种采用重力卫星编队反演地球重力场方法，其特征在于 获取四颗重力卫星FSS-1/2/3/4编队系统测量数据，所述四颗重力卫星每颗单星沿各自的椭圆轨道绕地球飞行，四星编队系统的质心以圆轨道模式环地球运动，每颗单星绕编队系统质心以椭圆轨道形式旋转； 其中，四颗重力卫星编队系统设定6个开普勒轨道根数，包括轨道半长轴a、轨道偏心率e、轨道倾角1、升交点赤经O、近地点幅角ω和初始平近点角#,其中， 第一，四颗重力卫星的轨道半长轴&轨道偏心率 轨道倾角i和升交点赤经Ω在卫星运行过程中保持不变； 第二，每对卫星FSS-1/2和FSS-3/4的近地点幅角ω4以及平近点角耗、#2、#3 和#4 分别相差 180。，= ω2+180°, ω3 = 4+180。，JZ1 = #2+180。，#3 = #4+180。，每颗卫星的初始近地点辐角设置于赤道处和初始平近点角设计于极点处； 第三，四颗重力卫星编队系统椭圆轨道的半长轴Pmax和半短轴Pmin之比为PmaxYmin= 2:1； 所述四颗重力卫星编队系统的测量数据包括星载激光干涉测量仪的星间距离、GPS接收机的卫星轨道位置、以及加速度计的卫星非保守力；通过所述测量数据反演地球重力场。
2.依据权利要求1所述重力卫星编队反演地球重力场的方法，其特征在于， 所述通过测量数据反演地球重力场的方法为， 基于牛顿插值公式计算单星实测轨道位置的泰勒展开
全文摘要
本发明涉及一种重力卫星编队轨道稳定性优化设计和基于扰动星间距离原理精密反演地球重力场的方法，特别是一种四星编队系统(FSS)的轨道稳定性优化设计方法。为保证四星编队系统的稳定性，将卫星轨道根数优化设计为轨道半长轴、轨道偏心率、轨道倾角和升交点赤经保持不变，每对卫星的近地点幅角和平近点角分别相差180o，每颗卫星的初始近地点辐角设置于赤道处和初始平近点角设计于极点处，卫星编队系统椭圆轨道的半长轴和半短轴之比为21；基于扰动星间距离法，精确和快速反演地球重力场；该方法轨道稳定性较好，有效提高地球重力场计算精度，较大程度提高重力场反演速度，以及计算机性能要求较低。
文档编号G01V7/00GK103018783SQ20121057797
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者不公告发明人 申请人:中国科学院测量与地球物理研究所