[发明专利]长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的匹配设计方法

说明书

技术领域

本发明属于天基重力场测量技术领域，具体涉及一种长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的匹配设计方法。

背景技术

地球重力场反映了地球物质分布及其运动，决定了地球内部及其周围的诸多物理事件，是大地测量学、地球物理学、大气学、海洋学、冰川学等地球科学研究的基础信息，已广泛应用于自然灾害预报、矿产资源勘探、大型工程实施等各类国民经济。因此，地球重力场测量历来为世界各国所高度重视，具有极其重要的研究价值。

进入21世纪以来，天基重力场测量得到了迅速发展，在理论和应用方面均取得了长足发展，已成为获取全球重力场模型的最有效手段。根据卫星观测数据的不同，天基重力场测量分为绝对轨道摄动重力场测量、长基线相对轨道摄动重力场测量和短基线相对轨道摄动重力场测量三类。其中，长基线相对轨道摄动重力场测量为：通过观测低轨上沿迹向飞行的两个卫星之间的距离变化率，并从中剔除非引力干扰的影响，以此反演重力场。长基线相对轨道摄动重力场测量方式是目前获取中高阶重力场模型的重要方式，2002年发射的GRACE重力卫星就采用了这种方式，其重力场测量的有效阶数约为150，对应的大地水准面误差为分米级。

然而，在长基线相对轨道摄动重力场测量研究中，由重力场测量涉及众多的任务参数，包括轨道高度、星间距离、星间距离变化率测量精度、星间距离变化率数据采样间隔、加速度计测量精度、加速度计数据采样间隔、定轨精度、定轨数据采样间隔、总测量时间等，因而其重力场测量性能评估与任务参数设计过多地依赖于数值模拟，虽然有效保证了评估精度，但是计算量极大，任务参数设计周期地长，且无法得到长基线相对轨道摄动重力场测量的规律性认识，因此，当改变轨道高度或载荷指标等任务参数时，便需要重新进行数值模拟，不利于重力场测量任务参数的快速优化设计。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的匹配设计方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的匹配设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定长基线相对轨道摄动重力场测量目标，具体包括重力场测量有效阶数N_max、大地水准面阶误差Δ_n及其累积误差Δ、重力异常阶误差Δg_n及其累积误差Δg；

步骤2，建立长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的设计规则；其中，所述任务参数的设计规则包括以下各种任务参数的设计规则：轨道高度h、星间距离L、星间距离变化率数据采样间隔非引力干扰数据采样间隔(Δt)_ΔF、定轨数据采样间隔(Δt)_Δr、星间距离变化率测量精度非引力干扰测量精度ΔF、定轨精度(Δr)_m和总测量时间T；

步骤3，基于步骤2所建立的重力场测量任务参数的设计规则，设计得到各个重力场测量任务参数的值；然后，基于设计得到的重力场测量任务参数的值，计算得到与本次设计的任务参数所对应的重力场测量性能值，并判断计算得到的重力场测量性能值与步骤1确定的重力场测量目标之间的差值是否符合设计精度，如果符合，本次设计的任务参数即为最终任务参数；如果不符合，重新设计各个重力场测量任务参数的值，直到重力场测量性能符合设计精度。

具体的，参考具体实施方式部分，本步骤具体为：

按照上述步骤1～3，得到了长基线相对轨道摄动重力场测量任务参数的所有设计值。将这些任务参数的设计值代入公式(6)～(12)，计算得到阶误差方差；然后，将阶误差方差代入公式(13)～(18)，计算得到重力场测量的有效阶数、大地水准面阶误差及其累积误差、重力异常阶误差及其累积误差，然后与步骤1确定的重力场测量目标(重力场测量有效阶数N_max、大地水准面阶误差Δ_n及其累积误差Δ、重力异常阶误差Δg_n及其累积误差Δg)相比，若满足重力场测量目标，则完成重力场测量任务参数的设计；否则，按照步骤1～3调整任务参数，重新进行任务参数设计，直到满足既定的重力场测量目标为止。

优选的，步骤2中，轨道高度h的设计规则为：

选择一个正整数N^*，使N^*≥N_max；选择一个与N^*互质的正整数D^*，按照下式设计轨道高度h：