重力衛(wèi)星空間擾動引力譜分析與軌道設(shè)計.

1、西安測繪研究所西安測繪研究所重力衛(wèi)星空間擾動引力譜分重力衛(wèi)星空間擾動引力譜分析與軌道設(shè)計析與軌道設(shè)計肖肖 云云 龐振興龐振興西安測繪研究所西安測繪研究所二二九年八月九年八月西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所衛(wèi)星軌道較低，敏感到低、中頻段重力場信息星載GPS，實現(xiàn)幾乎全時段低軌衛(wèi)星跟蹤高精度加速度計高精度低軌衛(wèi)星星間測距、測速系統(tǒng)高精度空間重力梯度儀西安測繪研究所西安測繪研究所距離、距離變化率信息非保守力重力梯度空間擾動引力西安測繪研究所西安測繪研究所衛(wèi)星地心距西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所我國衛(wèi)星重力測量計劃重力衛(wèi)星性能與衛(wèi)星軌道參數(shù)關(guān)系關(guān)系密切

2、但是對于軌道因素的討論卻非常少基于此，本文從空間擾動引力譜特性分析為切入點，深入討論重力衛(wèi)星軌道高度設(shè)計、星間距離設(shè)計和衛(wèi)星軌道傾角的理論依據(jù)。 西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所,)(riKjggKjinin1西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所西安測繪研究所試驗試驗2：假設(shè)衛(wèi)星軌道傾角為：假設(shè)衛(wèi)星軌道傾角為90，設(shè)定衛(wèi)星軌道高度分別，設(shè)定衛(wèi)星軌道高度分別為為600km、500km和和400km，經(jīng)度設(shè)定為，經(jīng)度設(shè)定為0，緯度從，緯度從 -9090每隔每隔2計算一個空間擾動引力，繞軌道一周得計算一個空間擾動引力，繞軌道一周得到到90個空

3、間擾動引力值。個空間擾動引力值。西安測繪研究所西安測繪研究所結(jié)論：結(jié)論：擾動引力隨高度增加而減?。粩_動引力隨高度增加而減?。?00km高度處的擾動引力譜分量高度處的擾動引力譜分量101120階存在接近或小階存在接近或小于于10-5mgal的分量；的分量；500km高度處的擾動引力譜分量也存在；高度處的擾動引力譜分量也存在；400km高度處的擾動引力譜分量不存在，而且引力譜分量高度處的擾動引力譜分量不存在，而且引力譜分量基本高于加速度計噪聲水平一個數(shù)量級；基本高于加速度計噪聲水平一個數(shù)量級；因此，考慮到現(xiàn)有星載加速度計噪聲水平，選擇軌道高度因此，考慮到現(xiàn)有星載加速度計噪聲水平，選擇軌道高度不宜太

4、高，不宜太高，400-500km為宜。為宜。西安測繪研究所西安測繪研究所試驗試驗3：假設(shè)兩顆衛(wèi)星同軌，軌道高度：假設(shè)兩顆衛(wèi)星同軌，軌道高度500km，軌道傾角，軌道傾角90，兩顆星的經(jīng)度均為，兩顆星的經(jīng)度均為0，前星緯度分別設(shè)為，前星緯度分別設(shè)為1、2和和3，后星緯度均設(shè)為，后星緯度均設(shè)為0，計算兩顆星擾動引力差。，計算兩顆星擾動引力差。西安測繪研究所西安測繪研究所試驗試驗4：假設(shè)兩顆衛(wèi)星同軌，軌道高度：假設(shè)兩顆衛(wèi)星同軌，軌道高度500km，軌道傾角，軌道傾角90，兩顆，兩顆星的經(jīng)度均為星的經(jīng)度均為0，兩顆衛(wèi)星地心夾角分別設(shè)為，兩顆衛(wèi)星地心夾角分別設(shè)為1、2和和3，在，在一個完整的軌道上每隔一

5、個完整的軌道上每隔1計算擾動引力差，再按照式（計算擾動引力差，再按照式（6）計算一）計算一軌的空間沿緯度方向擾動引力差的平均值，擾動引力差數(shù)值見表。軌的空間沿緯度方向擾動引力差的平均值，擾動引力差數(shù)值見表。 西安測繪研究所西安測繪研究所結(jié)論：結(jié)論：相距相距3的兩顆衛(wèi)星的擾動引力差在低階差值數(shù)值較大，在的兩顆衛(wèi)星的擾動引力差在低階差值數(shù)值較大，在260階階有較明顯優(yōu)勢；有較明顯優(yōu)勢；相距相距2的兩顆衛(wèi)星擾動引力差在較高階數(shù)值逐漸表現(xiàn)出優(yōu)勢；的兩顆衛(wèi)星擾動引力差在較高階數(shù)值逐漸表現(xiàn)出優(yōu)勢；相距相距1的兩顆衛(wèi)星擾動引力差在數(shù)值上小于相應(yīng)于的兩顆衛(wèi)星擾動引力差在數(shù)值上小于相應(yīng)于2擾動引力差，擾動引力差

6、，在較高階在較高階100120其擾動引力差數(shù)值大于相應(yīng)于其擾動引力差數(shù)值大于相應(yīng)于3擾動引力差數(shù)值，擾動引力差數(shù)值，仍小于相應(yīng)于仍小于相應(yīng)于2擾動引力差。擾動引力差。10075120西安測繪研究所西安測繪研究所依據(jù)：需求、擾動引力垂直分布特性、測量噪聲水平依據(jù)：需求、擾動引力垂直分布特性、測量噪聲水平原則：原則：可能性可能性+可行性可行性為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)對地球重力場信號的敏感程度，從而提高模型解算為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)對地球重力場信號的敏感程度，從而提高模型解算精度，重力衛(wèi)星軌道應(yīng)盡可能低精度，重力衛(wèi)星軌道應(yīng)盡可能低 ；但是考慮到衛(wèi)星軌道高度低于但是考慮到衛(wèi)星軌道高度低于400km時，衛(wèi)星星體受到較

7、大的大氣時，衛(wèi)星星體受到較大的大氣阻力，衛(wèi)星軌道衰減很快，姿態(tài)不穩(wěn)定性增加，需要采用無拖曳技術(shù)阻力，衛(wèi)星軌道衰減很快，姿態(tài)不穩(wěn)定性增加，需要采用無拖曳技術(shù)對衛(wèi)星進(jìn)行控制；而且考慮到加速度計量程，軌道高度也不宜太低。對衛(wèi)星進(jìn)行控制；而且考慮到加速度計量程，軌道高度也不宜太低。 設(shè)計軌高：設(shè)計軌高：初始初始500km為宜為宜 ，工作高度設(shè)計為，工作高度設(shè)計為450km 。西安測繪研究所西安測繪研究所依據(jù)：需求、擾動引力垂直分布特性、測量噪聲水平依據(jù)：需求、擾動引力垂直分布特性、測量噪聲水平原則：原則：可能性可能性+可行性可行性星間距離設(shè)計：星間距離設(shè)計：3星間距離設(shè)計有利于低階重力場信號恢復(fù)；星間

8、距離設(shè)計有利于低階重力場信號恢復(fù)；2的星間距離設(shè)計擾動引力差值在的星間距離設(shè)計擾動引力差值在75階階120階均不小于相應(yīng)階均不小于相應(yīng) 3的擾動引力差值，的擾動引力差值，275階略?。浑A略?。?的擾動引力差值在頻段的擾動引力差值在頻段2120內(nèi)明顯較小。內(nèi)明顯較小。 依據(jù)地球重力場分辨率最高達(dá)到依據(jù)地球重力場分辨率最高達(dá)到120階需求，兩顆衛(wèi)星星間距離設(shè)階需求，兩顆衛(wèi)星星間距離設(shè)計為計為2較合適。較合適。西安測繪研究所西安測繪研究所依據(jù)：依據(jù)：衛(wèi)星軌道傾角越大則星下軌跡覆蓋率越大，因此為了提高重力測衛(wèi)星軌道傾角越大則星下軌跡覆蓋率越大，因此為了提高重力測量數(shù)據(jù)空間覆蓋率，實現(xiàn)近乎全球數(shù)據(jù)采集，需將衛(wèi)星軌道