[发明专利]一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统

说明书

一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统，所述方法包括：获取卫星跟踪卫星装置上的原始观测数据；对所述原始观测数据进行坐标转换，得到坐标转换后的观测数据；根据坐标转换后的观测数据和重力梯度观测方程计算得到重力梯度计算值；将所述重力梯度计算值与重力梯度实际观测值做偏差计算，得到偏差值；根据所述偏差值对所述重力梯度实际观测值进行校准。本发明采用卫星跟踪卫星装置获取观测值，并计算得到重力梯度计算值，能够有效解决单纯用重力场模型生成的数据不能达到较好的精度要求的问题，并且避免了受地势约束等的问题，达到对重力加速度计进行高精度校准的目的。

技术领域

本发明涉及大地测量领域，具体涉及一种采用卫星跟踪卫星装置对加速度计校准的方法和系统。

背景技术

目前国内外研制的卫星重力梯度平台主要为国际上欧洲空间局发射运行GOCE重力梯度测量卫星任务和我国正在研制的民用重力梯度测量卫星技术系统。欧洲空间局发射的GOCE卫星搭载了多类型载荷，包括三轴正交重力梯度仪(EGG)、激光后向反射棱镜(LRR)、高精度双频GNSS接收器、卫星跟踪装置、姿态控制系统、星象仪和离子推进器。其中重力梯度仪和卫星跟踪装置是GOCE卫星技术系统的关键载荷。

重力梯度仪的原始观测数据为加速度计观测值。重力梯度观测值由原始加速度计观测值通过转换生成得到。重力梯度数据作为位函数的二阶导数，能够探测到重力场的中短波信号，可避免重力场信号随高度的增加而衰减，使利用低轨重力卫星观测数据反演高阶地球重力场模型成为可能。在GOCE卫星搭载的重力梯度仪采用的是差分加速度模式。

观测数据的校准有飞行前校准，内部校准和外部校准。在卫星飞行的过程中，运行环境存在非理想状态。在此过程中，观测数据会出现系统偏差，通常表现为加速度计对读数的错位，即偏差和尺度因子的不匹配。因此在后期的数据校准处理中，多以尺度因子和偏差作为参考依据和评价标准。

飞行前校准是在卫星发射运行前对载荷进行的测试校准，属于地面测试范畴。

内部校准将重力梯度仪三方向加速度计的观测值转换成普通模式(CM，CommonMode)和差分模式(DM，Different Mode)，对数据产出进行质量控制。普通模式加速度为无拖曳控制系统提供线性加速度信息，差分模式加速度用来生成重力梯度观测值。由于内部校准需要无拖曳系统产生加速度，在内部校准期间飞行观测数据就无法使用，这样一来会造成卫星的使用效率降低，通常情况下，内部校准的频次在一月一次。

外部校准采用独立的数据源对观测数据进行校准，常见的外部校准的方法有：利用地球重力场模型的校准方法和利用高精度地面重力数据的校准方法。利用地球重力场模型的校准方法是指用已知重力场模型生成重力梯度，将这个计算值与重力梯度仪实际测量的观测值进行对比，得到偏差值。利用高精度地面重力数据的校准方法是指在地面上选取具有高精度重力数据且覆盖率较好的区域作为检验区，由地面重力数据计算出重力梯度，将计算值与测量值对比，得到偏差值。

现有技术中，利用地球重力场模型的校准方法是指用已知重力场模型生成重力梯度计算值，将这个计算值与重力梯度仪实际测量的观测值进行对比，得到偏差值。然而现有技术中已知重力场模型有很多，例如OSU91A模型、EGM96模型、CG03C模型、EGM2008模型等，以尺度因子和偏差作为参考标准，不同模型达到校准精度不同，并且单纯的用重力场模型生成的数据不能达到较好的精度要求，在实际应用中还需要联合卫星测高数据和地面重力数据。

另外，现有技术中利用高精度地面重力数据的校准方法是指在地面上选取具有高精度重力数据且覆盖率较好的区域作为检验区，由地面重力数据计算出重力梯度，将计算值与测量值对比，得到偏差值。然而此方法对检验区选取的要求十分高，在实际应用中发现：地势起伏平缓、数据采集密集的地区校准效果最好；地势起伏大、数据采集稀疏的地区校准效果差，不能达到精度水平要求。

发明内容