重力衛(wèi)星串聯(lián)編隊構(gòu)型設(shè)計分析研究.pdf

1、本世紀初衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星（SST）和衛(wèi)星重力梯度（SGG）等新一代衛(wèi)星重力探測技術(shù)的快速發(fā)展昭示著人類進入到一個全新的衛(wèi)星重力探測時代，尤其是CHAMP、GRACE及GOCE衛(wèi)星的成功發(fā)射，極大地鼓舞了國內(nèi)外眾多研究機構(gòu)對下一代重力衛(wèi)星任務(wù)實施的信心。目前，CHAMP和GOCE衛(wèi)星任務(wù)均已完成其重力場探測的使命，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)是當前國內(nèi)外眾多專家學(xué)者研究的熱點問題。本文在此背

2、景下針對下一代重力衛(wèi)星串聯(lián)編隊（GRACE-type）的參數(shù)指標設(shè)計展開系統(tǒng)研究，并對幾種衛(wèi)星編隊和衛(wèi)星星座探測地球重力場的能力進行仿真分析，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模型對重力衛(wèi)星軌道仿真及星間觀測值的影響，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)星的擾動位差與地球重力

3、場位系數(shù)的嚴密數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)地分析了重力衛(wèi)星軌道參數(shù)對重力場反演精度的影響。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，盡量選擇具有長重復(fù)周期的軌道高度，同時考慮到軌道高度對衛(wèi)星壽命的影響，軌道高度指標設(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地球重力場反演的影響。結(jié)果表明：大的

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

5、力場在中長波部分精度有很大的提高。當加入星間距離變率數(shù)據(jù)后，恢復(fù)的地球重力場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)的重力場精度都是成量級的變化。結(jié)合目前的定軌水平，對于下一代GRACE類型重力衛(wèi)星任務(wù)而言，其定軌精度指標應(yīng)設(shè)在1~3cm左右，而星間距離變率精度指標應(yīng)設(shè)在10-8m/s左右；
　　(5)研究了由兩組 GRACE類型的串聯(lián)編隊衛(wèi)星構(gòu)成的兩種衛(wèi)星星座模式：不同平近點角（ΔM）的衛(wèi)星星座、不同