1.基于轨道掩膜微分算子的地球重力场模型建模方法,其特征在于,包括以下步骤:对重力专用卫星的轨道状态信息、星载加速度计数据和原始姿态数据进行数据预处理,获得连续精密轨道和非保守力加速度;
构建以计算时刻为中心的窗口函数,利用掩膜微分算子计算所述窗口函数中心时刻的卫星运动速度,并根据卫星运动速度计算卫星动能,同时根据卫星的位置和地球自转平均速度计算旋转位;
将所述连续精密轨道结合参考重力场模型计算正常重力位,通过背景模型确定潮汐位,根据所述正常重力位和潮汐位获得保守力位,对所述非保守力加速度通过沿轨积分得到非保守力位;在所述卫星动能中扣除旋转位、保守力位和非保守力位,根据能量守恒定律建立观测方程;针对所述观测方程利用最小二乘准则估算球谐位系数改正值,将所述球谐位系数改正值加上参考重力场模型的位系数确定最终的地球重力场模型。
2.如权利要求1所述的基于轨道掩膜微分算子的地球重力场模型建模方法,其特征在于,对所述轨道状态信息、星载加速度计数据和原始姿态数据进行数据预处理的具体步骤为:对所述轨道状态信息进行内插和粗差探测处理,得到所述连续精密轨道;
对所述连续精密轨道进行时空基准转换,将所述连续精密轨道转换至惯性系;
对所述星载加速度计数据和连续精密轨道进行时间同步,同时对所述原始姿态数据进行线性内插,计算惯性系下的非保守力加速度。
3.如权利要求1所述的基于轨道掩膜微分算子的地球重力场模型建模方法,其特征在于,计算窗口函数中心时刻的卫星运动速度的具体方法为:在计算时刻左右两边各选取相同个数的观测值,构成以计算时刻为中心的窗口函数,然后对连续精密轨道进行最小二乘多项式拟合,得到轨道时间序列的多项式形式,引入掩膜微分算子后计算窗口函数中心时刻的卫星运动速度;随后移动窗口,计算下一时刻的卫星运动速度,以此类推,计算卫星运动速度的整个数据集。
4.如权利要求3所述的基于轨道掩膜微分算子的地球重力场模型建模方法,其特征在于,利用掩膜微分算子计算卫星速度的方法为:重力专用卫星的轨道时间序列多项式表示为:
式中,x(t0+δm)N表示观测时刻卫星的轨道位置矢量,t0表示计算历元,δm表示计算历元与实际观测历元的差值,N表示多项式阶数,ck表示待定的多项式系数,M表示观测个数,Δt表示观测数据采样间隔,[·]表示向下取整符号;
与上式对应的逐历元方程组式为:
上式的矩阵形式记作:
xM×1=BM×(N+1)c(N+1)×1
其中xM×1表示轨道位置向量;BM×(N+1)表示范德蒙特系数阵;c(N+1)×1表示待估的多项式系数;
利用经典最小二乘平差法解算上式得到:
式中 表示多项式系数估值,P表示观测量的权阵;W(N+1)×M表示滤波核函数;
对所述轨道时间序列多项式微分可得:
仅考虑中心时刻,此时δ=0,则滤波核函数W中的元素γ=[0 1 0 … 0]T,由此可得:式中c1表示多项式系数的第二项,υ表示掩膜微分算子;
通过上述掩膜微分算子计算卫星运动速度矢量的各元素
式中,δt表示掩膜微分算子微分间隔,τ表示掩膜微分滤波系数非零元素间隔, 表示微分预热数。
5.如权利要求1所述的基于轨道掩膜微分算子的地球重力场模型建模方法,其特征在于,根据能量守恒定律建立的观测方程为:利用下面引力位及其梯度分量表达式计算所述球谐位系数改正值:
其中T表示扰动位,E0表示能量积分常数, 表示卫星动能,U0表示正常重力位,表示由地球自转引起的旋转位,ω表示地球自转角速度,Vt表示潮汐位,Vc表示非保守力位,(r,θ,λ)分别表示地固球坐标下的地心向径、地心余纬和地心经度,GM和R分别表示地心引力常数和地球平均半径,l和m分别表示球谐级数展开式的阶和次,L表示确定地球重力场模型的最大阶数, 和 分别表示完全规格化的l阶m次球谐位系数改正值,表示完全规格化的l阶m次缔合勒让德函数。