SST-LL重力测量卫星轨道分析

论述了SST-LL重力测量卫星科学任务对轨道寿命、地面覆盖性能、轨道高度单圈波动、星间距离变化范围的需求。根据需求,计算了轨道的自然衰减情况,得出轨道初始高度为500km;综合考虑地面覆盖要求及运载火箭能力,得出了最佳轨道倾角为89°;得出了0.002 0偏心率下轨道高度波动范围不超过50km;分析得出星间距离的长周期变化主要受大气阻力影响,初步确定了轨道控制方案,即定期对受大气阻力较大的卫星进行轨道机动。

低低卫-卫跟踪重力测量物理模型及部分姿轨控技术需求

文章从低低卫 卫跟踪(SST LL)重力测量的基本物理思想出发,导出了SST LL重力测量的物理模型,并由此确定了SST LL重力测量所需要的观测量;从重力测量对低低孪星的编队要求出发,得出了孪星轨道的平均半长轴之差最低控制需求,导出了卫星姿态俯仰角控制与孪星到地心的距离、及与孪星沿迹相对距离的关系,并估算了孪星两次编队保持机动的时间间隔。

GRACE KBR的测量新体制及其精度分析

文章介绍了GRACE KBR所采用的同步双向测量比对技术的原理,总结归纳了KBR的测量误差源,对KBR测量精度进行了分析估算,最后提出了需解决关键技术的建议。

地球重力场与KBR系统频谱关系的建立与分析

以近极圆形轨道的SST ll为研究目标 ,利用解析的方法分析卫星间精密测距与地球重力场的频谱关系 ,得出了一般情况下 30 0km高度的SST ,星间距离每增加 10 0km ,恢复能力提高约 10阶次 ;对于 5 0 0km卫星高度的SST ,星间距离每增加 10 0km ,恢复能力提高约 5阶次的结论。

K频段测距系统星间高精度指向控制算法

为了避免多路径噪声对低低星间跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统测距精度的影响,基于SST-LL重力测量卫星的超静卫星平台,提出了一种磁控制与喷气控制相结合的KBR系统星间高精度指向控制算法。首先,利用喷气执行机构使卫星快速机动到目标姿态角;然后,利用磁力矩器和喷气执行机构对卫星进行联合稳定控制,在满足省电和节省喷气量的条件下,实现长周期、高精度的天线相对指向控制。利用"重力场反演与天气试验"(GRACE)卫星参数进行仿真验证,结果表明:在正常轨道运行模式下,该算法能实现俯仰和偏航方向优于1mrad的控制精度,可为KBR系统在轨高精度测距提供保证。

重力测量卫星KBR系统相位中心在轨标定算法

针对低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统相位中心在轨标定问题,提出了一种应用预测卡尔曼滤波算法的KBR系统在轨标定算法。首先,以磁力矩器和姿态控制喷气发动机为执行部件,对一颗卫星施加一定的组合力矩,使其绕另一颗卫星进行周期性姿态机动;然后,将星敏感器数据代入预测卡尔曼滤波算法中估计出卫星姿态;最后,根据KBR系统观测值与卫星姿态角之间的关系,利用扩展卡尔曼滤波算法估计出KBR系统相位中心的位置。数值仿真结果表明:KBR系统相位中心可以被实时估计,当存在较大的卫星姿态动力学模型误差时,KBR系统相位中心的标定误差仍在0.3mrad以内,证明此算法估计精度较高且鲁棒性强。

LL-SST的重力场测量类空间圆编队构型设计

根据LL-SST重力场测量改进对编队构型设计的要求,基于平均轨道根数描述的编队运动学方程,对自然轨道的编队构型进行了地球扁率二阶摄动下的修正,设计了在J2长期项和J3长周期项影响下相对稳定的类空间圆编队构型,并得到卫星的初始轨道根数.仿真表明,30天的仿真时间内,设计所得构型满足重力场测量下编队的约束,且在J2长期项和J3长周期项摄动影响下,与考虑J2半长轴修正设计的空间圆构型相比,在径向和迹向上的漂移量分别减少了99.980%,99.976%,法向振幅发散减少了99.710%.

“萤火一号”火星探测计划进展和Mars-SST火星卫星重力测量计划研究

本文回顾了国际火星探测计划的历史进程和科学意义,介绍了中国"萤火一号"火星探测计划的基本参数、发射过程、科学目标、核心载荷和关键技术,并且提出了中国将来Mars-SST火星卫星重力测量计划的实施建议:①基于探测精度较高、技术需求较少、测定速度较快、定轨要求较低、可借鉴GRACE的成功经验等优点,采用SST-LL-Doppler-VLBI系统观测模式;②先期开展高精度激光干涉星间测距仪、非保守力补偿系统等关键载荷和地面Doppler-VLBI系统的研制;③卫星轨道高度和星间距离分别设计为50～100 km和100±50 km;④先期开展仿真模拟研究。

激光测距对静态重力场恢复精度的影响分析

鉴于下一代重力卫星设计中利用更高精度的激光测距技术代替微波测距,对激光测距提高地球重力场探测精度的问题进行了讨论。通过高精度的动力学重力场模型反演方法,推导了线性化的星间变率公式,并以一定的权融合卫星精密轨道与星间变率数据。通过模拟计算结果可知,当卫星轨道、定轨精度、加速度计精度与Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)相同,星间变率精度依次从1.0×10^(–6) m/s提高到5.0×10^(–7) m/s、1.0×10^(–7) m/s、5.0×10^(–8) m/s、1.0×10^(–8) m/s时,累积大地水准面误差则在120阶时依次从85.14 cm降低为33.09 cm、7.33 cm、3.70 cm、3.59 cm。结果表明当采用高精度的激光测距后,采用低低卫卫跟踪模式,地球静态重力场模型的探测精度有望比GRACE提高1个量级。当激光测距精度提高至10 nm/s时,计算结果与精度为50 nm/s的计算结果无明显差别,这表明过高的星间变率测量精度相对于其他指标而言有冗余。本文建议在其他测量技术精度未有提高的前提下,只需将激光测距的精度提高至50 nm/s即可。