专利名称：基于载荷误差分析原理的卫星重力反演方法
技术领域：
本发明涉及卫星重力学、空间大地測量学、航空航天等交叉技术领域，特别是涉及一种基于载荷误差分析原理精确和快速反演地球重力场的方法。
ニ背景技术：
21 世纪是人类利用 SST-HL/LL (Satel I ite-to-Satel Iite Tracking in theHigh-Low/Low-Low Mode)和 SGG (Satellite Gravity Gradiometry)提升对数字地球认知能力的新纪元。地球重力场及其时变反映地球表层及内部物质的空间分布、运动和变化，同时决定着大地水准面的起伏和变化。因此，确定地球重力场的精细结构及其时变不仅是大地測量学、地球物理学、地震学、海洋学、空间科学、国防建设等的需求，同时也将为寻求资源、保护环境和预测灾害提供重要的信息资源。GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)双星米用近圆和近极地轨道设计，由美国宇航局(NASA)和德国航天局(DLR)共同研制开发。GRACE利用K波段测距仪高精度测量星间距离，利用高轨GPS (Global Positioning System)卫星对低轨双星精密跟踪定位，利用高精度SuperSTAR加速度计测量作用于双星的非保守力。GRACE系统既包含两组SST-HL，同时以差分原理測定两个低轨卫星之间的相互运动，因此得到的静态和动态全球重力场精度比CHAMP (Challenging Minisatellite Payload)至少高一个数量级，同时为将来 GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer)卫星重力梯度测量奠定了坚实基础。早在20世纪60年代，Baker首次提出了利用SST恢复地球重力场的重要思想。自此以后，国际大地測量学界的许多学者都积极投身于地球重力场恢复的方法与算法的理论研究和数值计算之中。在众多方法中，按照卫星观测方程的建立和求解的不同可分为解析法和数值法。解析法是指通过分析地球重力场和卫星观测数据的关系建立卫星观测方程模型，进而估计地球重力场的精度。解析法的优点是卫星观测方程物理含义明确，易于误差分析且可快速求解高阶地球重力场；缺点是由于在建立卫星观测方程模型时作了不同程度的近似，因此求解精度较低。数值法是指通过分析地球引力位系数和卫星观测数据的关系建立卫星观测方程，并通过最小二乗法拟合出地球引力位系数。数值法的优点是地球重力场求解精度较高；缺点是求解速度较慢且对计算机要求较高。不同于以前的技术，本发明基于载荷误差分析法建立了 K波段测距仪的星间距离、GPS接收机的轨道位置和轨道速度、以及加速度计的非保守力误差联合影响累积大地水准面的误差模型，基于关键载荷精度指标的匹配关系论证了误差模型的可靠性，基于美国宇航局喷气推进实验室(NASA-JPL)公布的2009年的GRACE-Level-1B实测误差数据，有效和快速地反演了 120阶GRACE地球重力场精度。

发明内容
本发明的目的是:基于载荷误差分析法较大程度优化地球重力场反演速度，而且进一步提闻地球重力场反演精度。为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案:基于载荷误差分析原理的卫星重力反演方法包含下列步骤:步骤ー:卫星关键载荷数据采集1.1)通过星载K波段测距仪获取星间距离误差数据δρ12 ;1.2)通过星载GPS接收机获取轨道位置误差数据δr和轨道速度误差数据δr卢;1.3)通过星载加速度计获取非保守カ误差数据δf ；步骤ニ:关键载荷误差模型建立2.DK波段测距仪的星间距离误差模型基于能量守恒定律，卫星观测方程可表示为
权利要求
1.一种基于载荷误差分析原理的卫星重力反演方法，包含下列步骤: 步骤ー:卫星关键载荷数据采集 1.1)通过星载K波段测距仪获取星间距离误差数据S p 12 ;1.2)通过星载GPS接收机获取轨道位置误差数据S r和轨道速度误差数据dY ; ` 1.3)通过星载加速度计获取非保守カ误差数据Sf; 步骤ニ:关键载荷误差模型建立 `2.1) K波段测距仪的星间距离误差模型 基于能量守恒定律，卫星观测方程可表示为
全文摘要
本发明涉及一种精密测量地球重力场的方法，特别是一种基于载荷误差分析原理精确建立K波段测距仪的星间距离误差、GPS接收机的卫星轨道位置误差和轨道速度误差、以及星载加速度计的非保守力误差联合影响累计大地水准面精度的误差模型，进而精确和快速反演地球重力场的方法；该方法地球重力场反演精度高，保证计算精度的前提下有效提高反演速度，卫星重力反演过程简单，计算机性能要求低，卫星观测方程物理含义明确；基于载荷误差分析原理的卫星重力反演方法是计算高精度和高空间分辨率地球重力场的有效方法。
文档编号G01V7/00GK103091722SQ20131002417
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者不公告发明人 申请人:中国科学院测量与地球物理研究所