[发明专利]星星跟踪复合编队地球重力场测量系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器系统技术和大地测量技术领域，尤其涉及一种星星跟踪复合编队地球重力场测量系统及其方法。

背景技术

地球重力场是地球的基本物理场，影响着地球本身及其邻近空间的物理事件，因此地球重力场测量和研究历来是大地测量学的核心和热点问题。根据测量载体的不同，地球重力场测量可以分为地面重力测量、海洋重力测量、航空重力测量和卫星重力测量。其中，卫星重力测量具有全天候、全球覆盖、不受地理环境影响等技术优势，是获取全球重力测量数据的最有效手段。根据观测数据的不同，卫星重力场测量可以分为轨道摄动、星星跟踪和重力梯度三种测量方式。三种测量方式均可获取全谱段的重力场信息，但是它们对引力位的敏感频段是不同的，轨道摄动、星星跟踪和重力梯度测量分别易于敏感低阶、中高阶和高阶地球重力场信息。由于外界干扰和测量误差的存在，重力卫星很难在全谱段上同时获取精度一致的引力位信息，它们在相应敏感频段上的实际观测能力由卫星载荷测量精度决定。可见，提高载荷测量水平是实现高精度卫星重力场测量的关键。

加速度计是决定重力场测量精度的关键载荷之一，用于测量验证质量受到的非引力干扰，如CHAMP、GRACE、GRACE Follow-on等国外重力卫星均利用加速度计进行非引力干扰的精确测量。但是，加速度计是一种昂贵的精密仪器，对卫星制造技术以及卫星平台控制技术要求很高，我国目前还不具备可用于卫星重力测量的高精度加速度计，这严重制约着我国重力卫星系统方案的工程实现。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种利用两个或两个以上内编队系统组成星星跟踪复合编队进行重力场测量的系统及其方法。该系统及方法采用了星星跟踪重力场测量原理，通过星间距离测量以及卫星精密定轨，实现中、高阶地球重力场的高精度测量。

本发明的目的在于提供一种星星跟踪复合编队地球重力场测量系统及其方法，从而解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种星星跟踪复合编队地球重力场测量系统，包括两个或两个以上内编队系统，其中每个所述内编队系统均包括内卫星和外卫星平台；所述外卫星平台包括外卫星本体和安装在所述外卫星本体上的附属系统；所述外卫星本体内设有腔体，所述内卫星置于所述腔体内。

优选的，安装在所述外卫星本体上的附属系统包括：星间测距系统、外卫星精密定轨系统、内外卫星相对状态测量系统、内卫星系锁机构、外卫星姿态测量系统、外卫星姿态控制系统、微推进系统、数据存储单元和数据传输单元。

优选的，

所述星间测距系统，包括高精度星间差分激光干涉测距仪；所述星间测距系统用于精密测量相邻的两个所述内编队系统之间的星间距离变化率；

所述外卫星精密定轨系统，包括星载双频普通差分全球定位系统接收机和激光后向反射阵列；所述外卫星精密定轨系统用于精密确定所述外卫星的运行轨道；

所述内外卫星相对状态测量系统，包括内卫星常温红外成像探测器，采用红外被动测量原理；所述内外卫星相对状态测量系统用于测量所述内卫星和所述外卫星的相对位置和相对速度；

所述内卫星系锁机构，用于对所述内卫星的锁紧和释放；

所述外卫星姿态测量系统，包括太阳敏感器、星敏感器和磁强计；所述外卫星姿态测量系统，用于所述外卫星姿态确定；

所述外卫星姿态控制系统，包括飞轮和磁力矩器；所述飞轮用于所述外卫星三轴姿态稳定；所述磁力矩器用于所述飞轮卸载；

所述微推进系统，能够提供毫牛量级推力；所述微推进系统，用于所述外卫星轨道控制；还用于所述内卫星和所述外卫星的相对状态控制；

所述数据存储单元，存储的数据包括以下数据中的一种或几种或全部：所述外卫星的定轨数据、所述相邻两个内编队系统之间的星间距离变化率数据、所述内卫星和所述外卫星的相对状态数据；

所述数据传输单元，用于将所述数据存储单元存储的数据向地面传输。

优选的，所述外卫星本体内的腔体为球形腔体，所述腔体直径是所述内卫星直径的10～100倍。

优选的，所述内卫星是标称位置位于所述腔体中心的球形验证质量；所述内卫星由体积比为66∶34的金铂合金构成。

优选的，所述内编队系统采用200～300km高度的太阳同步晨昏轨道，所述轨道是近极轨道，所述轨道偏心率为0.001。

优选的，相邻的两个所述内编队系统之间的星间距离为50～150km。