本發(fā)明屬于衛(wèi)星重力學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的重力場(chǎng)模型建立方法。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星重力技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高精度全球重力場(chǎng)建模的重要手段，已發(fā)射重力衛(wèi)星任務(wù)包括cnamp、grace、grace?follow-on、goce等，其均采用獨(dú)立極軌編隊(duì)模式(psf，polarsatellite?formation)，即衛(wèi)星軌道傾角與赤道平面夾角接近90°，這導(dǎo)致重力衛(wèi)星只對(duì)南北向重力信號(hào)敏感，而對(duì)東西向重力信號(hào)不敏感，最終造成地球重力場(chǎng)模型(egm：earthgravity)出現(xiàn)南北條帶噪聲。為了得到更高精度的地球重力場(chǎng)模型，國(guó)際上開(kāi)展了新一代衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)的研究，如在grace-fo衛(wèi)星在grace衛(wèi)星的基礎(chǔ)上。額外搭載了激光測(cè)距系統(tǒng)來(lái)完成星間距離及其變化測(cè)量，這能將星間觀測(cè)精度提高100倍左右；同時(shí)，還可以采用無(wú)拖曳補(bǔ)償系統(tǒng)(drag-free)來(lái)實(shí)時(shí)補(bǔ)償衛(wèi)星受到的非保守力等。然而在這一趨勢(shì)下，地球重力場(chǎng)模型的解算精度仍未大幅提升，這是因?yàn)樵谛乱淮亓πl(wèi)星任務(wù)中還存在著影響重力場(chǎng)模型解算精度的重要誤差源，即時(shí)域混頻誤差。除了星載儀器的優(yōu)化，許多學(xué)者還對(duì)新型衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型進(jìn)行了相應(yīng)的研究工作。上述重力衛(wèi)星在衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型上存在著較大的缺陷，即重力衛(wèi)星只能探測(cè)南北方向上的重力信號(hào)，而缺少對(duì)東西向信號(hào)的探測(cè)；同時(shí)，由于只有一組或單顆衛(wèi)星，其信號(hào)采樣頻率較低，根據(jù)nyquist采樣定理，這會(huì)導(dǎo)致重力衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)難以對(duì)短周期時(shí)變重力信號(hào)進(jìn)行正確建模，從而影響重力場(chǎng)模型的解算精度。

2、目前國(guó)際上已在考慮開(kāi)展雙軌四星編隊(duì)的重力衛(wèi)星計(jì)劃，以獲取更高精度的全球重力場(chǎng)模型。然而，針對(duì)高精度的區(qū)域重力場(chǎng)模型，還未充分考慮發(fā)展具備區(qū)域增強(qiáng)能力的衛(wèi)星計(jì)劃。為了進(jìn)一步提升我國(guó)地球重力場(chǎng)的表征能力，亟需發(fā)展中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代重力衛(wèi)星計(jì)劃。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的重力場(chǎng)模型建立方法，能夠提升中國(guó)區(qū)域重力場(chǎng)模型的精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的時(shí)變重力場(chǎng)模型建立方法，包括：

2、s1，確定跟蹤衛(wèi)星方案；其中，所述跟蹤衛(wèi)星方案包括6組雙軌四星編隊(duì)方案；各編隊(duì)方案中，極軌軌道傾角與傾斜軌道傾角的組合分別為[89°/55°]，[89°/60°]，[89°/65°]，[89°/70°]，[89°/75°]，[89°/80°]；

3、s2，分別對(duì)各編隊(duì)方案的衛(wèi)星軌跡進(jìn)行處理得到對(duì)應(yīng)的時(shí)變重力場(chǎng)模型；

4、s3，將重力衛(wèi)星的觀測(cè)均勻性和時(shí)變重力場(chǎng)模型精度均最優(yōu)的編隊(duì)方案作為最優(yōu)編隊(duì)方案；采用預(yù)設(shè)方法，根據(jù)所述最優(yōu)編隊(duì)方案的模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考觀測(cè)數(shù)據(jù)確定最終的時(shí)變重力場(chǎng)模型。

5、所述預(yù)設(shè)方法包括：根據(jù)高階解算周期n、高階最大解算階次nmax、低階最大解算階次nint，采用n天的模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考觀測(cè)數(shù)據(jù)解算得到階次為nint+1到nmax的球諧系數(shù)；根據(jù)nint及低階解算周期tint，分別采用tint天的模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考觀測(cè)數(shù)據(jù)解算得到n組2階到nint階的球諧系數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行加權(quán)平均得到一組2階到init階的平均球諧系數(shù)，將其與所述init+1到nmax的球諧系數(shù)共同作為時(shí)變重力場(chǎng)模型的最終球諧系數(shù)；其中，tint<n。

6、按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器；

7、所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)可執(zhí)行指令；

8、所述處理器用于讀取所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)的可執(zhí)行指令，執(zhí)行如第一方面所述的方法。

9、按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使處理器執(zhí)行如第一方面所述的方法。

10、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

11、考慮到基于現(xiàn)有獨(dú)立極軌編隊(duì)探測(cè)地球重力場(chǎng)時(shí)，不可避免地存在南北條帶誤差等系統(tǒng)性誤差；當(dāng)前重力衛(wèi)星的時(shí)空分辨率和精度已難以滿足精細(xì)化重力信號(hào)探測(cè)的需求，同時(shí)缺乏高精度的局部區(qū)域重力場(chǎng)模型，基于此，本發(fā)明提出了一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的重力場(chǎng)模型建立方法，參考全球雙軌四星編隊(duì)方案的選取指標(biāo)，確定中國(guó)區(qū)域多個(gè)雙軌四星編隊(duì)方案，從中選出最優(yōu)方案，并采用最優(yōu)方案中的不同的數(shù)據(jù)獨(dú)立解算低、高階重力位球諧系數(shù)，削弱時(shí)域混疊效應(yīng)對(duì)時(shí)變重力場(chǎng)模型精度的消極影響，能夠在一定程度上降低高階重力位球諧系數(shù)的誤差，最終獲取更高精度的中國(guó)區(qū)域重力場(chǎng)模型。最終結(jié)果表明，與獨(dú)立極軌編隊(duì)相比，本發(fā)明不僅大幅削弱了中國(guó)區(qū)域內(nèi)南北跟蹤模式帶來(lái)的南北條帶誤差，還避免了后處理過(guò)程帶來(lái)的重力信號(hào)泄露等問(wèn)題，最終獲取誤差更小、信噪比更大的中國(guó)區(qū)域重力場(chǎng)模型。

12、本發(fā)明提供的方法，單獨(dú)解算低階日解時(shí)變重力信號(hào)，在一般的重力場(chǎng)解算過(guò)程中通常采用同一組數(shù)據(jù)同時(shí)解算高、低階重力位球諧系數(shù)，這會(huì)導(dǎo)致不同時(shí)空尺度的信號(hào)發(fā)生混疊效應(yīng)，即高階長(zhǎng)周期時(shí)變重力信號(hào)會(huì)受到低階短周期時(shí)變信號(hào)的嚴(yán)重污染，本發(fā)明采用不同的數(shù)據(jù)獨(dú)立解算低、高階重力位球諧系數(shù)，削弱時(shí)域混疊效應(yīng)對(duì)時(shí)變重力場(chǎng)模型精度的消極影響，能夠在一定程度上降低高階重力位球諧系數(shù)的誤差。

技術(shù)特征：

1.一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的時(shí)變重力場(chǎng)模型建立方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，tint和nint的獲取方式為：

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s2中，所述處理包括：按預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)將衛(wèi)星的在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的飛行軌跡均勻劃分為n個(gè)弧段，將各弧段的初始狀態(tài)分別輸入至第一、第二軌道積分器，得到衛(wèi)星在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)的軌道的模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考觀測(cè)數(shù)據(jù)；根據(jù)所述模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)和參考觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用最小二乘平差法解算時(shí)變重力場(chǎng)模型的球諧系數(shù)；其中，所述第一軌道積分器的背景力模型包括靜態(tài)重力場(chǎng)模型、海洋潮汐模型和時(shí)變重力場(chǎng)模型，所述第二軌道積分器的背景力模型包括靜態(tài)重力場(chǎng)模型、海洋潮汐模型和非潮汐大氣海洋模型。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述各弧段的初始狀態(tài)的獲取方式為：

5.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述各弧段的初始狀態(tài)通過(guò)開(kāi)普勒軌道六根數(shù)表征。

6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一軌道積分器中的靜態(tài)重力場(chǎng)模型、海洋潮汐模型和時(shí)變重力場(chǎng)模型分別采用goco05s模型、eot11a模型和esm?aohis模型；

7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述模擬觀測(cè)數(shù)據(jù)還包括星間測(cè)距系統(tǒng)、加速度計(jì)和gnss接收機(jī)的噪聲數(shù)據(jù)。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述時(shí)變重力場(chǎng)模型精度通過(guò)以下方式判斷：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器；

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令用于使處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于中國(guó)區(qū)域增強(qiáng)的新一代低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星方案的時(shí)變重力場(chǎng)模型建立方法，屬于衛(wèi)星重力學(xué)領(lǐng)域，該方法參考全球最優(yōu)雙軌四星編隊(duì)方案的選取指標(biāo)，確定中國(guó)區(qū)域多個(gè)雙軌四星編隊(duì)方案，從中選出最優(yōu)方案，并采用最優(yōu)方案中的不同的數(shù)據(jù)獨(dú)立解算低、高階重力位球諧系數(shù)，削弱時(shí)域混疊效應(yīng)對(duì)時(shí)變重力場(chǎng)模型精度的消極影響，能夠在一定程度上降低高階重力位球諧系數(shù)的誤差，最終獲取更高精度的中國(guó)區(qū)域重力場(chǎng)模型。最終結(jié)果表明，與獨(dú)立極軌編隊(duì)相比，本發(fā)明不僅大幅削弱了中國(guó)區(qū)域內(nèi)南北跟蹤模式帶來(lái)的南北條帶誤差，還避免了后處理過(guò)程帶來(lái)的重力信號(hào)泄露等問(wèn)題，最終獲取誤差更小、信噪比更大的中國(guó)區(qū)域重力場(chǎng)模型。

技術(shù)研發(fā)人員：周浩,卿田田,羅志才
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19