新一代冷原子卫星重力计划的仿真研究

新一代冷原子卫星重力计划的仿真验证研究是对计划实施的重要保障,然而目前流行的基于实测轨道或者简约动力学轨道的卫星重力计划仿真方法,使用实测轨道无法实现多样化轨道方案仿真,而使用简约动力学轨道则存在仿真不充分的问题。本文提出了一种基于轨道摄动模型的卫星重力计划全尺度仿真方法并进行了实验。仿真结果表明:在最低点指向模式下使用竖向单臂冷原子梯度仪解算的重力场模型的精度仅在120阶内优于静电梯度仪方案;将其灵敏度提升至更高的理想值后,其解算模型的精度在全阶次超越静电梯度仪;最后,本文认为尽管存在观测频率不足的问题,冷原子卫星重力计划相比静电重力计划依然有更优秀的重力场信号探测精度。

重力梯度测量卫星无拖曳控制技术

无拖曳控制是当前和未来若干空间任务中的一项关键技术.以重力梯度测量卫星为对象,对无拖曳控制回路进行深入剖析,包括对静电引力梯度仪、离子推力器和空间环境的模型与建模方法及无拖曳控制律设计方法的综述.借鉴GOCE卫星(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)的成功经验并结合国内离子推力器和静电悬浮加速度计的研制现状,对未来发展我国重力梯度测量卫星无拖曳控制进行难点分析与展望.

用于卫星重力梯度测量的加速度计性能参数分析

根据梯度测量原理并结合GOCE重力梯度卫星的在轨L1b实测数据,分析了静电悬浮加速度计分辨率、标度因数与二次项系数对梯度测量的影响。在此基础上建议,未来卫星重力梯度测量计划需选用更高精度的加速度计和采用三轴无拖曳控制技术。

卫星重力梯度测量中星载重力梯度仪潜在测量精度研究

目前卫星重力梯度测量精度主要受限于核心载荷重力梯度仪的噪声.要提高卫星重力梯度测量的精度,首先要发展更高精度的星载重力梯度仪.在该背景下,本文一方面针对已成功搭载GOCE卫星飞行的静电式重力梯度仪,基于静电控制的工作原理,探讨了静电式重力梯度仪测量精度的根本受限因素,分析表明,通过改进敏感探头的设计以及降低动态范围,静电重力梯度仪的极限测量分辨率可达0.3 m E/Hz1/2;另一方面,建议发展原子干涉型的星载重力梯度仪,在空间微重力环境下,其潜在测量灵敏度高达0.03 m E/Hz1/2,有望为未来完善50~100 km空间分辨率的全球重力场模型提供一种可能的技术途径.