[发明专利]一种星载加速度计的校准方法及装置

说明书

本发明公开了一种星载加速度计的校准方法及装置，属于卫星重力探测技术领域。该校准方法包括以下步骤：先通过载波相位差分法计算得到载体运动加速度；接着，根据载体运动加速度与保守力加速度的差值，确定非保守力校准参考值；然后，将非保守力校准参考值与非保守力观测值建立校准模型，便可对星载加速度计进行精确校准。本发明基于GPS载波相位差分法和牛顿第二运动定律计算非保守力校准参考值，将其与非保守力观测值建立校准模型估计校准参数，可以有效避免经验模型法高度依赖大气密度模型和辐射系数误差影响，从而可以改善星载加速度计校准精度。

技术领域

本发明涉及卫星重力探测技术领域，具体是一种星载加速度计的校准方法及装置。

背景技术

高精度三轴星载加速度计是新一代重力测量卫星的关键荷载，其可以直接测定作用在卫星上的非保守力。卫星运行过程中受空间环境影响导致加速度计存在尺度因子和偏差因子，因此为了实现精密轨道确定和恢复高精度高分辨率地球重力场模型，研究星载加速度计校准方法具有重要的科学意义。

然而，采用传统的经验模型法对星载加速度计进行校准时，首先要求已知高精度的大气密度模型和辐射系数值，然后依次对大气阻力、太阳光压和地球辐射压等非保守力建立经验物理模型。但目前的数学模型无法满足预期目标，导致沿轨方向处大气阻力模型误差大，影响校准精度。另外，对于在定轨和重力场反演时同时估算加速度计校准参数和地球重力场参数的整体法中，由于没有直接标准，导致加速度计校准参数和重力场参数产生耦合效应，同时又依赖先验约束信息，所以传统星载加速度计的校准方法存在精度受限的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载加速度计的校准方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种星载加速度计的校准方法，其包括以下步骤：

获取载波相位原始数据、几何轨道原始数据、加速度计原始数据以及卫星姿态原始数据；

利用载波相位差分法对载波相位原始数据进行计算，得到载波相位加速度；

根据载波相位加速度，并结合全球定位系统(Global Positioning System，GPS)卫星与低轨重力卫星之间的几何关系，计算得到惯性系下低轨重力卫星的载体运动加速度；

根据几何轨道原始数据和摄动力模型，计算得到低轨重力卫星的保守力加速度；

根据载体运动加速度与保守力加速度的差值，确定非保守力校准参考值；

利用内插法对卫星姿态原始数据进行处理，得到姿态连续观测值，并根据姿态连续观测值和加速度计原始数据，计算得到惯性系下低轨重力卫星的非保守力观测值；

通过非保守力校准参考值和非保守力观测值来建立星载加速度计的校准模型。

本发明实施例采用的一种优选方案，载波相位加速度的计算公式为：

式中，和分别表示载波相位速度和载波相位加速度；表示载波相位无电离层原始观测值；e^T和f^T分别表示对应的一阶与二阶差分算子；表示载波相位无电离层组合值；c表示光速；dt^P表示GPS卫星钟差；rel表示相对论效应；ω表示天线相位缠绕误差；表示GPS卫星与低轨重力卫星之间的几何距离；dt_G表示低轨重力卫星的接收机钟差；N表示载波相位整周模糊度；ε表示观测值随机误差。

本发明实施例采用的另一种优选方案，载体运动加速度的计算公式为：