重力衛(wèi)星串聯(lián)編隊(duì)構(gòu)型設(shè)計(jì)分析研究.pdf

1、本世紀(jì)初衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星（SST）和衛(wèi)星重力梯度（SGG）等新一代衛(wèi)星重力探測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展昭示著人類進(jìn)入到一個(gè)全新的衛(wèi)星重力探測(cè)時(shí)代，尤其是CHAMP、GRACE及GOCE衛(wèi)星的成功發(fā)射，極大地鼓舞了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)對(duì)下一代重力衛(wèi)星任務(wù)實(shí)施的信心。目前，CHAMP和GOCE衛(wèi)星任務(wù)均已完成其重力場(chǎng)探測(cè)的使命，GRACE衛(wèi)星任務(wù)也早已超期服役。因此，尋求新型高效、高精度的下一代衛(wèi)星重力任務(wù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文在此背

2、景下針對(duì)下一代重力衛(wèi)星串聯(lián)編隊(duì)（GRACE-type）的參數(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)展開(kāi)系統(tǒng)研究，并對(duì)幾種衛(wèi)星編隊(duì)和衛(wèi)星星座探測(cè)地球重力場(chǎng)的能力進(jìn)行仿真分析，主要的研究工作和成果包括：
　　(1)綜合分析了不同的參考重力場(chǎng)模型對(duì)重力衛(wèi)星軌道仿真及星間觀測(cè)值的影響，結(jié)果表明參考模型應(yīng)盡量選擇最新、精度最高的重力場(chǎng)模型；
　　(2)在低-低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星（SST-ll）模式下，基于雙星能量守恒原理，建立了兩顆低-低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星的擾動(dòng)位差與地球重力

3、場(chǎng)位系數(shù)的嚴(yán)密數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)地分析了重力衛(wèi)星軌道參數(shù)對(duì)重力場(chǎng)反演精度的影響。結(jié)果表明：軌道高度的選擇應(yīng)充分考慮大氣阻力和衰減因子的影響，盡量選擇具有長(zhǎng)重復(fù)周期的軌道高度，同時(shí)考慮到軌道高度對(duì)衛(wèi)星壽命的影響，軌道高度指標(biāo)設(shè)在300~350km之間比較適宜，而軌道傾角的選擇最好以衛(wèi)星長(zhǎng)重復(fù)周期和減少極空白的影響為依據(jù)，選擇近極軌的軌道傾角；
　　(3)在軌道基本參數(shù)確定的前提下分析了不同的星間距離對(duì)地球重力場(chǎng)反演的影響。結(jié)果表明：大的

4、星間距離有利于提高恢復(fù)重力場(chǎng)低階項(xiàng)的精度，但隨著衛(wèi)星間距增大，在高階項(xiàng)，其對(duì)重力場(chǎng)精度的提升作用并不明顯。此外，星間距離較大時(shí)其權(quán)函數(shù)值波動(dòng)變化較大，不利于恢復(fù)高階項(xiàng)的重力場(chǎng)。結(jié)合未來(lái)衛(wèi)星重力任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)是要獲得具有更高空間分辨率的重力場(chǎng)，因此星間距離應(yīng)設(shè)在100km左右比較適宜；
　　(4)針對(duì)不同的軌道誤差和星間距離變率誤差對(duì)重力場(chǎng)反演精度的影響進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在只利用軌道數(shù)據(jù)解算重力場(chǎng)時(shí)，提高定軌精度后其恢復(fù)的重

5、力場(chǎng)在中長(zhǎng)波部分精度有很大的提高。當(dāng)加入星間距離變率數(shù)據(jù)后，恢復(fù)的地球重力場(chǎng)精度主要依賴于星間距離變率的精度，且隨著星間距離變率精度的提高，恢復(fù)的重力場(chǎng)精度都是成量級(jí)的變化。結(jié)合目前的定軌水平，對(duì)于下一代GRACE類型重力衛(wèi)星任務(wù)而言，其定軌精度指標(biāo)應(yīng)設(shè)在1~3cm左右，而星間距離變率精度指標(biāo)應(yīng)設(shè)在10-8m/s左右；
　　(5)研究了由兩組 GRACE類型的串聯(lián)編隊(duì)衛(wèi)星構(gòu)成的兩種衛(wèi)星星座模式：不同平近點(diǎn)角（ΔM）的衛(wèi)星星座、不同