本發(fā)明屬于航天測量與控制領(lǐng)域，涉及一種大氣模型修正方法。
背景技術(shù)：
近地軌道航天器運動受大氣阻力攝動影響非常明顯，大氣阻力攝動的決定性因素就是大氣密度值，大氣密度的不均勻性導(dǎo)致了航天器在不同飛行高度受到不同的大氣阻力。目前用作軌道計算的大氣密度值都是通過模型計算得到，常用的大氣模型有dtm、jachia、msis等系列。通常意義上，大氣密度計算結(jié)果誤差一般在10％到20％，在太陽活動活躍期和地磁暴期間，大氣密度計算誤差甚至?xí)黾拥揭槐痘蚋?，這嚴(yán)重影響了在軌運行航天器的軌道計算精度。通常，航天器上裝載有大氣密度探測器，探測器主要部件包括：取樣室、輸出電路、感測區(qū)等，這樣就可以測得取樣室內(nèi)的溫度和壓力，進(jìn)而計算出軌道空間的大氣密度，經(jīng)測量計算有助于對大氣密度變化規(guī)律的直接把握。目前的大氣密度探測結(jié)果主要用于研究空間大氣成分或者環(huán)境演化分析，將探測結(jié)果用于航天器軌道計算及對現(xiàn)有大氣模型進(jìn)行修正的方法并不多。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于實測大氣密度的短時大氣模型修正方法，減少理論大氣密度模型計算帶來的誤差，提高短時低軌道航天器的預(yù)報精度(太陽活動和地磁活動均處于平靜期)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
(1)選定大氣密度模型，采集計算設(shè)定時長的實測大氣密度，分別對大氣模型密度值和實測密度值進(jìn)行線性擬合，令
(2)計算實測大氣密度擬合曲線和模型密度擬合曲線的夾角
本發(fā)明的有益效果是：將實測大氣密度值引入軌道計算，構(gòu)建了一種通過擬合、旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)大氣密度模型值和實測值貼合的短時大氣模型修正方法，通過算例應(yīng)用和分析表明，針對某低軌道航天器，與傳統(tǒng)的理論模型相比，該短時大氣模型修正方法較好的提高了航天器軌道預(yù)報精度。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
通常意義上講，在太陽活動和地磁活動平靜期，可以認(rèn)為實測大氣密度(考慮實測密度準(zhǔn)確的情況下)比模型計算的大氣密度更為貼近實際情況。主要是基于一段時間已知的實測大氣密度，尋找已有大氣密度模型同實測密度模型的關(guān)系，建立短時修正模型。這里，我們選取msis2000大氣密度模型，找尋一種模型匹配原則以滿足密度模型與實測密度的貼近，具體方法如下：
(1)分別對大氣模型密度值和實測密度值進(jìn)行線性擬合：令ρmod為msis2000大氣模型密度值，ρmod_fit為模型密度線性擬合值，ρreal_fit為實測大氣密度線性擬合值，a1和b1是msis2000大氣模型線性擬合的常數(shù)項和一次項系數(shù)，其中a1的值域范圍與密度值相當(dāng)，b1直線斜率值域為[-∞,+∞]，t為時間；a2和b2分別是實測大氣密度線性擬合的常數(shù)項和一次項系數(shù)，意義同a1和b1。
(2)計算出實測大氣密度擬合曲線和模型密度擬合曲線的夾角θ，
其中，t′是旋轉(zhuǎn)后的時間值，ρ′mod為msis2000大氣模型密度旋轉(zhuǎn)后的值。m(θ)為旋轉(zhuǎn)矩陣，
這樣，經(jīng)過對密度模型值的擬合、旋轉(zhuǎn)，就完成模型同實測密度的近似匹配。同時，這種匹配方法也適用于只有部分實測大氣密度數(shù)據(jù)支撐的短時大氣模型修正計算。
下面以具體實例說明，基于以上的模型修正方法，計算了某在軌600km高度航天器四個數(shù)據(jù)弧段的修正模型軌道預(yù)報(3天)。并同時分析了dtm2000、msis2000模型預(yù)報3天的精度(基準(zhǔn)軌道為3天gps數(shù)據(jù)定軌結(jié)果)。
由步驟(1)和(2)計算的實測密度擬合曲線與模型密度擬合曲線夾角θ見表1。
基于實測大氣密度的短時大氣模型修正方法計算的大氣模型修正值用于航天器軌道預(yù)報結(jié)果見表2。
表1修正模型相關(guān)參數(shù)取值
表2給出不同大氣密度模型預(yù)報3天rms統(tǒng)計：
表2不同大氣密度模型預(yù)報3天統(tǒng)計結(jié)果
從上表可以看出，利用修正的大氣模型進(jìn)行軌道預(yù)報，其預(yù)報精度大多數(shù)情況是最好的。該實測大氣密度短時修正模型與傳統(tǒng)的理論模型相比，對低軌航天器軌道預(yù)報精度有較大的提升。