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《重力卫星在轨质心修正原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷 第5期宇 航 学 报Vol.26No.52005年9月 JournalofAstronauticsSeptember2005重力卫星在轨质心修正原理陈光锋,唐富荣,薛大同(中国空间技术研究院兰州物理研究所,兰州730000) 摘 要:静电悬浮加速度计在重力卫星上的安装位置将直接影响重力卫星的非重力测量结果,进而影响高精度地球重力场的恢复。为了彻底明确该影响的存在方式,现从基本动力学方程出发,推导出了卫星在轨飞行期间遭受的各种非重力和地球引力、太阳和月球等天体的潮汐力等,与静电悬浮加速度计输出之间的矢量表达式。获
2、得的表达式从理论上明确了消除重力卫星质心偏差的实际意义,是重力卫星质心修正的理论依据。关键词:重力;卫星;质心;加速度计;静电中图分类号:V474.2 文献标识码:A 文章编号:100021328(2005)0520567204卫星上的牵引坐标系(XYZ)q和参考坐标系0 引言(XYZ)r。参考坐标系原点在卫星质心,Zr轴指向空间技术正随着微电子及信息处理等技术的飞惯性坐标系O点,Xr在轨道面内,指向飞行方向,Yr速发展而迈上新的台阶,给地球重力场的空间探测在卫星右舷。星体牵引坐标系,原点Os在卫星质带来了深刻的变化
3、。获得高精度地球重力场的时代心,三轴分别和卫星质心的三个惯量主轴重合,Xq已经来临,国外专用高精度地球重力场探测卫星轴指向飞行方向,Yq轴在卫星的右舷方向,右手法[1][2][3]CHAMP、GRACE已经发射,GOCE正在研制。则确定Zq方向,如图1。如果卫星三轴稳定对地定地球重力场的卫星测量技术已经能够考虑小于-10向,在理想的圆轨道情况下,在卫星姿态不受任何干10g的大气阻力、太阳光压等非重力因素对卫星[4]扰的情况下,星体坐标系和参考坐标系重合。轨道的摄动影响,使高精度的地球重力场的恢复成为了可能。高精度的地球重力场
4、可以为国民经济建设、国防现代化及地球科学研究提供服务。1 卫星重力测量卫星重力测量的优点是可以在相对较短的时间内,获得分布均匀、致密的地球重力场的数据,是地面测量无法比拟的。卫星重力测量的基本原理是通过对卫星轨道及其变化的精密测量,再利用天体力学方法考虑其它天体对卫星轨道的摄动影响,进一图1 使用的坐标系步扣除卫星所受非重力对轨道的影响,从而获得完Fig.1Thecoordinateframes全由地球质量分布决定的引力场。其中,非重力的精密测量技术,是目前提高地球重力场精度的主要当卫星三轴对地定向时,参考坐标系以卫星绕→手
5、段之一。地球的角速度ωgi相对于惯性空间转动。由于各种2 非重力测量扰动力矩的存在,固连于卫星上的牵引坐标系,其转→动角速度除ωgi外,还有卫星相对于参考坐标系的2.1 坐标系定义→所涉及的坐标系为惯性坐标系(XYZ)i、固连于姿态变化角速度ωr,因此卫星牵引坐标系的角速收稿日期:2004210228; 修回日期:2005203229568宇航学报第26卷度是引力场中受到的引力平均作用点和质心位置基本重→→→合(轨道高度300km,卫星的厚度为0.5m时,作用点ωqi=ωgi+ωr(1)的位置差估计为5nm),因此(7)式可
6、以表示成 显然,卫星固连坐标系是非惯性系。→→→→2.2 卫星内质点受力分析∑fsj=Mg0+M∑g0k+∑fnl(8)jkl现在从惯性系内对卫星上距离卫星质心失径为→→→其中g0是质心处的地球引力场强度,∑g0k是太阳kr的质点(静电悬浮加速度计检验荷载质心的位置)→进行考察,其质量为m,如图2。和月球等天体在卫星质心处的潮汐加速度,∑fnll→是作用于卫星上各种非重力。则a0可以进一步表示为→∑fnl→→l→a0=g0+M+∑g0k(9)k(2)式、(5)式、(9)式联合得图2 卫星内任意偏离卫星质心的质点→Fig.2
7、Aarbitraryparticledepartingfrom∑fnj2→→→→jdr)(10)thesatelliteCOM∑fi=m(g0+M+∑g0k+2ikdt由牛顿动力学定律得:2.4 坐标系的变换→→上式可以表示为∑fi=maρ(2)→i→→∑fnj2→代表各种非重力、地球引力、太阳和月球(fi)I=m→j→dr∑fi∑ig0++∑g0k+2iMkdtI→等天体的潮汐力等,aρ是质点在惯性系内的加速(11)度。根据图2的位失关系上式表示惯性系内,矢量的分量矩阵。令牵引坐标→→→ρ=R+r(3)系Q变换到惯性坐标系
8、I的矩阵为LIQ,则LIQ具有[5]2→2→2→如下性质→dρdRdraρ=2=2+2(4)LT(12)dQI=(LIQ)dttdt2→将(11)式变换到牵引坐标系,有→dR令a0=2(5)→dtLQI(∑fi)I=→ia0表示卫星质心的加速度。→→f2∑njdr2.3 卫星质心加速度mL
