[发明专利]一种基于SWARM-C卫星提取大气密度的方法

摘要

本发明公开了一种基于SWARM‑C卫星提取大气密度的方法，先获取SWARM‑C卫星的加速度计数据和GPS轨道数据，再对其进行重采样和坐标系转换；然后去除加速度计数据中存在的尖峰信号和阶跃信号；数据检查完之后开始对加速度计数据进行校正，用广义最小二乘法估计校正公式中的偏差系数、比例系数和温度系数，获得校正后的加速度计数据；接着对卫星在其运行轨道上受到的光照辐射压进行建模，计算出由于光照辐射压引起的加速度，将校正后的加速度计数据减去光照辐射压引起的加速度，得到大气拖拽加速度；最后计算卫星在其轨道运行的阻尼系数和有效面积的乘积，根据大气拖拽加速度和阻尼系数与有效面积的乘积计算卫星轨道附近的大气密度。

主权项

1.一种基于SWARM‑C卫星提取大气密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、数据重采样(1.1)、下载SWARM‑C卫星的加速度计时间序列和GPS轨道坐标时间序列；(1.2)、设加速度计时间序列的时间间隔为Δt，GPS轨道坐标时间序列的时间间隔为Δt'；对GPS轨道坐标时间序列进行重采样，使采样后GPS轨道坐标时间序列的时间间隔为Δt，且GPS轨道坐标时间序列和加速度计时间序列长度相同；(2)、坐标系转换将地固坐标系下的GPS轨道坐标时间序列转换为惯性坐标系下的GPS轨道坐标时间序列，记为nav时间序列；(3)、阶跃信号处理将加速度计时间序列标记为acc时间序列；将acc时间序列和nav时间序列分别从时刻1开始递增编号，将acc时间序列和nav时间序列在编号为k的位置处的值记为acc[k]和nav[k]；检测acc时间序列是否存在因为EDAC故障引起的阶跃信号，如果从acc[k]处开始出现阶跃信号，则将acc时间序列中所有t≥k时的值acc[t]减去阶跃的高度h，得到消除阶跃的acc时间序列；(4)、尖峰信号处理检测消除阶跃的acc时间序列中是否存在尖峰信号，如果从acc[k]处开始出现了尖峰信号，则剔除acc[k]的值，并在acc[k]处利用插值法重新插值，得到消除尖峰的acc时间序列；(5)、加速度数据校正将消除尖峰的acc时间序列记为在卫星轨道的每个点，定义校准方程为：其中，表示nav时间序列数据对时间间隔Δt的二阶微分在xyz三个坐标轴上的投影，B是偏差系数，S是比例系数，Q是温度系数，F是时移常数，G是趋势项系数，t₀是的起始时间，；通过广义最小二乘法找到校准参数B，S，Q，G的估计值然后对进行校正；其中，表示对进行校正后的时间序列；(6)、计算光照辐射压加速度使用锥形阴影模型确定卫星在轨道的位置，然后计算出在该位置处卫星所受到的光照辐射压加速度a_solar；(7)、计算卫星有效面积和阻尼系数的乘积W_k；设SWARM‑C卫星表面共计K块面，那么，第k个面板的有效面积和阻尼系数的乘积W_k为：其中，S表示分子热力学最概然分布速度比，γ_k表示第k个面板入射大气分子和卫星面板法向量的夹角的余弦值，A_k表示第k个面板的有效面积，v_out表示大气分子与卫星面板碰撞后的出射速度，v_r为nav时间序列对时间间隔Δt的一阶微分；(8)、计算大气密度ρ；其中，m表示卫星的质量。