[发明专利]一种基于大气物理机制的星载加速度计校准方法

说明书

本发明涉及一种基于大气物理机制的星载加速度计校准方法，属于卫星重力探测技术领域，包括以下步骤：采集原始数据集；对原始数据集进行预处理获得非保守力观测值和非保守力物理模型值；基于非保守力观测值和非保守力物理模型值构建校准模型；求解校准模型，获得尺度因子满阵解和偏差参数。本发明能有效避免卫星精密定轨与重力场建模的同解法引起加速度计校准参数和重力场相关参数耦合现象，同时无需先验信息约束且校准步长精化和参数估计全面，从而改善星载加速度计校准性能。相较于同解法，本发明提出的算法原理简洁高效，参数估算全面，实用性强，值得推广。

技术领域

本发明属于卫星重力探测技术领域，具体涉及一种基于大气物理机制的星载加速度计校准方法。

背景技术

星载加速度计是卫星重力测量中分离保守力和非保守力的关键设备，其数据质量直接影响卫星轨道和最终重力场模型的精度，但卫星在轨飞行时受空间环境影响，设备的物理特性实时变化导致加速度计观测值存在偏差项，因此需要对星载加速度计进行校准。

采用同解法是在卫星精密定轨和重力场反演过程中，将加速度计校准参数与卫星轨道和地球重力场参数同时解算，由于没有直接标准值，通常是将卫星轨道作为间接标准，引起加速度计校准参数和重力场相关参数间相互耦合；此外，需要考虑先验信息约束；同时，数学模型公式复杂，需求解变分方程，对计算资源要求高和计算耗时；另外，校准模型尺度因子简化仅考虑对角阵以及按月步长解算，导致星载加速度计校准精度和效率受限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于大气物理机制的星载加速度计校准方法，以便解决现有技术中的不足。

本发明的技术方案是：

一种基于大气物理机制的星载加速度计校准方法，包括以下步骤：

采集原始数据集；

对原始数据集进行预处理获得非保守力观测值和非保守力物理模型值；

基于非保守力观测值和非保守力物理模型值构建校准模型；

求解校准模型，获得尺度因子满阵解和偏差参数。

优选的，所述采集原始数据集包括星载加速度计观测值、卫星姿态观测值、航天器的几何物理参数和环境信息参数。

优选的，获得非保守力观测值的步骤包括：

对星载加速度计观测值进行温度改正和喷气调姿处理，获得星载加速度计改正观测值；

对卫星姿态观测值进行线性内插和时间同步处理，获得卫星姿态连续观测值；

对星载加速度计改正观测值和卫星姿态连续观测值进行降采样和坐标变换处理，获得非保守力观测值。

优选的，获得非保守力物理模型值的步骤包括：

基于获取的航天器的几何物理参数和环境信息参数，利用式(1)求取大气阻力：

其中，表示大气阻力，C_D表示大气阻力系数，用来描述大气与卫星表面材料的相互作用，A是卫星横截面积，m是卫星质量，ρ表示大气密度，表示卫星相对于大气的运动速度；

利用式(2)求取太阳光压摄动加速度：

其中，表示太阳光压摄动加速度；F表示阴影因子；P_s是卫星处的太阳辐射压；表示卫星横截面积与质量之比；C_R表示反射系数；表示卫星与太阳间的单位矢量；

利用式(3)求取地球辐射压摄动加速度：