[发明专利]一种低低跟踪重力测量卫星四点三线模型及其建立方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星重力测量技术领域，具体涉及一种低低跟踪重力测量卫星“四点三线”模型及其建立方法。

背景技术

低低卫卫跟踪重力测量系统建设是一项庞大、复杂的系统工程，涉及天文学、大地测量学、空间物理学等多学科领域的诸多关键技术，具有技术难、耗资大、运行复杂等特点。此外，在整个测量系统中有结构形变误差、时标误差、加计测量误差以及电磁力误差等各种原因形成的系统误差。这些误差种类多、成因复杂，因而在测量过程中难以考虑全面，进而严重影响测量结果精度。目前，国内尚无同类系统，无法借鉴经验。因此在建立低低卫卫跟踪重力测量系统时需要掌握各种相关的关键技术和编写总体设计方案，并辅以充分的实验和仿真建模进行论证。

目前，重力卫星测量系统领域主要存在的模型有基于NS的LEO卫星网络仿真模型、基于卫星移动方式的切换模型、基于AdHoc网络的卫星通信系统模型等；建模方法主要有基于agent的建模法、基于UML的可视化建模法、离散坐标法等，这些模型和方法可以有效解决某些特定问题，但是不能很好的应用到低低卫卫跟踪重力测量系统中。

国外通过多年孜孜不倦的探索终将低低卫卫跟踪重力测量计划推向实际操作阶段。而国内众多科研机构紧跟国际卫星重力测量动态，积极投身于低低卫卫跟踪重力测量系统需求分析的研究当中。如果能够掌握低低卫卫跟踪重力测量的原理及组成，则在保证建立精确系统模型的前提下，就可以实现对真实测量的系统的全面仿真。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种低低跟踪重力测量卫星“四点三线”模型及其建立方法，该模型可以精确、简洁地描述一个复杂的空间测量系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供的模型包括：两颗跟踪卫星的质心、加速度计检验质量中心、LRS天线相位中心和GNSS天线相位中心；以及基准线、测量线和惯性线；

所述基准线为两颗跟踪卫星的质心连线，即卫星重力测量目标线；所述测量线为两颗跟踪卫星上LRS天线相位中心的连线；所述惯性线为跟踪卫星质心与LRS天线相位中心之间连线。

进一步的，所述卫星质心的运动轨迹代表卫星的整体运动轨迹；

进一步的，所述LRS天线相位中心是指LRS天线上的信号点，代表星间距离测量的瞬时起始点和结束点，即为LRS实施距离测量的真实测量点；

所述GNSS天线相位中心为GNSS天线上的信号点，是低低卫卫跟踪重力测量的起算点，需要利用姿态数据精确归算到卫星质心处。

本发明提供的模型建立方法，包括以下步骤：

1)确定两颗卫星的“四点”，包括：卫星质量中心、加速度计检验质量中心、LRS天线相位中心和GNSS天线相位中心；

2)确定两颗卫星的“三线”，包括：两颗卫星之间的基准线、测量线和惯性线；

所述基准线为两颗跟踪卫星的质心连线，即卫星重力测量目标线；所述测量线为两颗跟踪卫星LRS天线相位中心的连线；所述惯性线为跟踪卫星质心与LRS天线相位中心之间连线；

3)所述“四点”通过卫星结构的空间关系保持和转换统一为“一点”；所述“三线”通过空间投影转换实现归算并统一，建立完整模型；

4)通过完整模型实现全系统误差分配。

进一步的：所述步骤1)中卫星质心的测量采用以下方法：在卫星上设置一台星载GNSS接收机，通过GNSS卫星对重力卫星实施跟踪，确定GNSS相位中心空间位置，利用卫星质心与GNSS天线相位中心空间几何关系完成卫星质心跟踪；

或在卫星上安装激光反射器，采用地面激光观测方法确定角反射器空间位置，导出质心空间位置；

或在卫星上安装高精度星间测距系统，实现两颗卫星相互高精度测距，得到天线相位中心的相对空间位置，依据固定的空间坐标关系，导出两颗卫星质心间的相对空间位置。

进一步的，步骤4)所述系统的误差包括：“基准线”的长度及其变率误差和质心非保守力测量误差，所述基准线误差包括：测量线误差和惯性线误差；所述质心非保守力误差包括加速度计测量误差和距离线误差。

进一步的，所述测量线误差包括：测距仪误差、传播路径误差、相位中心误差、时标误差、指向误差和多路径误差；所述惯性线误差包括：惯性距离测量误差、姿态测量误差、定位误差和结构形变误差；所述加速度计测量误差包括：平台震动误差、本体引力误差和电磁力误差；所述距离线误差包括：质心偏差引起误差、卫星旋转引起误差、重力梯度误差和科氏力误差。