[发明专利]一种用于全球重力场测量的综合型卫星系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地球高精度全球重力场测量的卫星系统，特别是一种能够同时在长波、中长波、中短波进行高精度全球时变和静态重力场测量的卫星系统。

背景技术

地球重力场反映地球物质的空间分布、运动和变化，确定地球重力场的精细结构及其变化，可以为进一步认识地球和解决人类面临的资源、环境、灾害等紧迫问题提供重要的基础地学信息。

与地面、海洋、航空地球重力场测量相比，卫星重力场测量具有高精度、高效率、全球覆盖等特点，典型代表是CHAMP卫星、GRACE卫星、GOCE卫星。

CHAMP(Challenging Mini-Satellite Payload for Geophysical Research and Application)卫星由德国研制，2000年7月发射，用于测定中长波地球重力场(70阶)，进行新体制的技术验证。GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星由德国、美国联合研制，2002年3月发射，以前所未有的精度(120阶)测定中长波地球重力场。GOCE(Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer)卫星由欧空局研制，2009年3月发射，可以测量200阶以上的全球准静态地球重力场。

以上卫星获得了很大的成功，在地震监测、海洋环流、地下水分布、全球气候变化等领域获得广泛应用。但同时，它们都存在着一定的局限性。主要表现在：GRACE卫星虽具有时变测量能力，但反演的地球重力场模型最高只有120阶次，精度相对较低；，GOCE卫星反演的地球重力场模型最高虽然可达200阶次，但主要是进行静态测量，时变测量能力较差，且在中低频部分误差较大。

目前，尚没有在长波、中长波、中短波均具有高精度测量能力，且能够进行时变和静态测量的卫星系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度全球重力场测量的综合型卫星系统，在长波、中长波、中短波均具有高精度测量能力，且能够进行时变和静态测量。

本发明的技术解决方案是：一种用于全球重力场测量的综合型卫星系统，包括两颗以前后跟飞的方式飞行于同一近极近圆轨道的卫星，两颗卫星上均搭载有双频GNSS接收机、星间距离测量装置，任意一颗卫星上搭载有重力梯度仪；两颗卫星分别通过各自搭载的双频GNSS接收机与导航卫星系统构成高低卫星跟踪系统，通过实时获取两颗卫星的轨道信息，可以获得地球长波波段的重力场信息；两颗卫星分别通过各自搭载的星间距离测量装置构成低低卫星跟踪系统，通过实时获取两颗卫星之间的星间距离变化信息，可以获得地球中长波波段的重力场模型；搭载有重力梯度仪的卫星通过重力梯度仪进行空间重力梯度测量，由此获得地球中长波波段和中短波波段的重力场信息。

所述的星间距离测量装置为激光干涉测量装置。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提出的用于高精度全球重力场测量的综合型卫星系统，综合了“高低卫卫跟踪(SST-HL)+低低卫卫跟踪(SST-LL)+卫星重力梯度(SGG)”等三种卫星重力测量模式，是一种新型的重力测量卫星系统。该卫星系统充分发挥“高低卫卫跟踪(SST-HL)”测量模式在地球重力场信息的长波波段精度高、“低低卫卫跟踪(SST-LL)”测量模式在地球重力场信息的中长波波段精度高且时变能力强、“卫星重力梯度(SGG)”测量模式在地球重力场信息的中长波/中短波波段精度高且静态测量效果好的技术特点，能够以较高的精度，在长波、中产波、中短波三个波段，不仅可以获得高精度的全球静态重力场信息，还可以获得高精度的全球时变重力场信息。通过本发明获得的测量数据，进而反演的高精度全球静态和时变重力场信息，可以进一步满足全球测绘、地震监测、海洋、气象、水文、固体地球物理、资源勘探、全球气候变化研究等领域对高精度全球时变和静态重力场的迫切需求。

附图说明

图1为本发明卫星系统的组成原理图；

图2为本发明卫星系统的工作原理图。

具体实施方式

本发明提出的是一种新型综合重力场测量卫星系统，如图1所示，采用“高低卫卫跟踪(SST-HL)+低低卫卫跟踪(SST-LL)+卫星重力梯度(SGG)”的综合型测量模式。

(1)卫星轨道及主要有效载荷