重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设
- 格式：pdf
- 大小：987.94 KB
- 文档页数：9
第 ４５ 卷 第 １１ 期
２０ １６ 年 １１ 月
测 绘 学 报 ActaGeodaeticaetCar．４５,No．１１ November,２０１６
引文格式:黄谟 涛,刘 敏,欧 阳 永 忠,等．重 力 场 对 飞 行 器 制 导 的 影 响 及 海 洋 重 力 测 线 布 设 [J]．测 绘 学 报,２０１６,４５(１１):１２６１Ｇ１２６９．DOI: １０．１１９４７/j．AGCS．２０１６．２０１６０１７５． HUANG Motao,LIU Min,OUYANG Yongzhong,etal．EffectofExternalDisturbingGravityFieldonSpacecraftGuidanceand SurveyingLineLayoutforMarineGravitySurvey[J]．ActaGeodaeticaetCartographicaSinica,２０１６,４５(１１):１２６１Ｇ１２６９．DOI: １０．１１９４７/j．AGCS．２０１６．２０１６０１７５．
Abstract:Centredonthesupportrequirementofflyingtrackcontrolforalongrangespacecraft,adetail researchismadeonthecomputationofexternaldisturbinggravityfield,thesurveyaccuracyofgravity anomalyontheearth’surfaceandtheprogramofsurveyinglinelayoutformarinegravitysurvey．Firstly, thesolutionexpressionofnavigationerrorforalongrangespacecraftisanalyzedandmodified,andthe influenceoftheearth’sgravityfieldonflyingtrackofspacecraftisevaluated．Thenwithagivenlimited quotaofbiased errorofspacecraftdrop point,the accuracyrequirementforcalculatingthe external disturbing gravityfield is discussed and researched．Secondly,the data truncation error and the propagateddataerrorarestudiedandestimated,andthequotasofsurveyresolutionandcomputation accuracyforgravityanomalyontheearth’surfacearedetermined．Finally,basedontheabovequotas,a correspondingprogramofsurveyinglinelayoutformarinegravitysurveyisproposed．Anumericaltesthas beenmadetoprovethereasonablenessandvalidityofthesuggestedprogram． Key words: marine gravity survey;requirement analysis;spacecraft guidance;disturbing gravity; surveyinglinelayout Foundationsupport:The National Natural Science Foundation of China (Nos．４１４７４０１２;４１１７４０６２; ４１３７４０１８);TheGreatScientificInstrumentDevelopmentProjectofChina(No． ２０１１YQ１２００４５０３);TheNational BasicResearchProgramofChina(９７３Program)(No．６１３２１９);TheNationalMajorDevelopmentProgramof China(Nos．２０１６YFC０３０３００７;２０１６YFB０５０１７０４)
Effectof External Disturbing Gravity Field on Spacecraft Guidance and SurveyingLineLayoutforMarineGravitySurvey
HUANG Motao１,２,３,LIU Min２,OUYANGYongzhong１,DENGKailiang１,ZHAIGuojun１,２,３,LUXiuping１, WUTaiqi１
海 洋 重 力 场 信 息 在 大 地 测 量 学 、空 间 科 学 、海 洋 学 、地 球 物 理 学 、地 球 动 力 学 等 诸 多 学 科 领 域 都 具有重要的应用价值 . [１] 精化大地水准面一直 是 测定海洋重力场的主要目的之一.由于地球重力 场与地球内部质 量 密 切 相 关,因 此 海 洋 重 力 测 量 可为确定地球内部质量密度分布提供数据支持. 海洋重力异常既可应用于地球动力学板块构造理 论 研 究 ,又 可 应 用 于 海 底 地 壳 年 龄 、地 球 内 部 质 量 迁 移 、板 块 冰 后 回 跳 等 多 种 地 球 物 理 现 象 的 解 释 . 随着空间技术的 发 展,海 洋 重 力 测 量 的 实 用 价 值 更 加 凸 显 ,因 为 自 然 天 体 (月 亮 、行 星 )和 人 造 天 体 (卫星、飞行器)的 轨 道 计 算 都 离 不 开 地 球 重 力 场 信息的 支 持. 海 洋 重 力 测 量 在 海 洋 矿 产 资 源 开 发 、惯 性 导 航 、水 下 匹 配 辅 助 导 航 等 工 程 应 用 领 域 也发挥着非 常 重 要 的 作 用 . [２] 很 显 然,不 同 应 用 领域对海洋重力 测 量 精 确 度、分 辨 率 及 覆 盖 域 大 小的需求是有区 别 的,很 多 时 候 这 种 区 别 还 比 较 显著 . [３Ｇ４] 卫星测 高 反 演 重 力 和 海 面 船 载 重 力 测 量是当前获取海洋重力场信息的两种主要手段, 虽然最新推出的卫星测高反演重力异常成果的网 格间 距 已 经 达 到 １′×１′,其 精 度 达 到 了 ±３~ ５mGal(１mGal＝１０－５ m/s２)[５],但这样的精度水 平仍无法完全满足某些领域的应用需求.因此, 海面船载重力测量仍然是目前获取高精度和高分 辨率海洋重力场信息的重要手段.
摘 要 :重 点 围 绕 远 程 飞 行 器 飞 行 轨 道 控 制 保 障 需 求 ,开 展 了 空 中 扰 动 引 力 计 算 和 地 面 重 力 异 常 测 量 精 度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证.首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式, 定 量 估 计 了 地 球 重 力 场 对 远 程 飞 行 器 飞 行 轨 迹 的 影 响 ,并 以 一 定 量 值 的 落 点 偏 差 为 限 定 指 标 ,研 究 论 证 了空中扰动引力的计算精度要求.在此基础上,通过对地面重力异常截 断 误 差 及 数 据 传 播 误 差 的 估 计 和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率 和 计 算 精 度 指 标.以 此 为 依 据,提 出 了 相 对 应 的 海 洋 重 力 测 量 测 线 布 设 方 案 ,并 通 过 数 值 计 算 验 证 了 所 提 方 案 的 合 理 性 和 有 效 性 . 关 键 词 :海 洋 重 力 测 量 ;需 求 分 析 ;飞 行 器 制 导 ;扰 动 引 力 ;测 线 布 设 中 图 分 类 号 :P２２９ 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :１００１Ｇ１５９５(２０１６)１１Ｇ１２６１Ｇ０９
１２６２
November２０１６Vol．４５No．１１AGCS
http:∥xb．sinomaps．com
基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 (４１４７４０１２;４１１７４０６２;４１３７４０１８);国 家 重 大 科 学 仪 器 设 备 开 发 专 项 (２０１１YQ１２００４５０３);国 家 ９７３ 计 划 (６１３２１９);国 家 重 点 研 发 计 划 (２０１６YFC０３０３００７;２０１６YFB０５０１７０４)
力场参数的保障 需 求,开 展 相 应 的 海 洋 重 力 测 量 测线布设方案设计与论证.
１ 重 力 场 对 远 程 飞 行 器 落 点 的 影 响
由文献[９—１０]知,发 动 机 和 控 制 系 统 (包 括 制导系统和姿态稳 定 系 统)是 无 人 驾 驶 飞 行 器 的 两个重要组成部 分,其 作 用 是 将 飞 行 器 沿 预 定 的 轨迹投送到预定的目标区.根据远程飞行器在飞 行中的受力情况,一 般 将 飞 行 轨 迹 划 分 为 主 动 段 和被动段两个部 分,前 者 指 从 发 射 平 台 起 飞 到 发 动机主令关机点 的 一 段 飞 行 轨 迹,后 者 是 指 从 发 动机主令 关 机 点 到 飞 行 器 着 地 的 一 段 飞 行 轨 迹 (又分自由段和再 入 段). 在 飞 行 轨 迹 的 主 动 段, 飞行器除了受到发动机推力和控制系统的调控作 用 外 ,还 会 受 到 空 气 动 力 、地 球 引 力 和 由 于 地 球 自 转引起的惯 性 力 的 影 响.而 在 被 动 飞 行 阶 段,飞 行器则完全依靠在主动段终点获得的动能飞行, 不再受发动机推力和控制系统的调控作用.因 此,飞行器落点的 精 确 度 主 要 取 决 于 控 制 系 统 在 主动段终点获得的飞行器运动参数的可靠性.但 确定运动参数的准确性又完全取决于飞行器在飞 行过程中的 受 力 分 析、建 模 和 计 算.随 着 飞 行 器 制造工艺和控制 技 术 的 不 断 突 破 和 完 善,地 球 重 力扰动场计算误差已经成为限制飞行器落点精度 进一步提 高 的 主 要 因 素 . [１１Ｇ１３] 因 此,要 想 有 效 控 制飞行器的落点 偏 差,必 须 首 先 解 决 地 球 外 部 空 间特别是近地空间扰动引力场的精密计算问题.
２０ １６ 年 １１ 月
测 绘 学 报 ActaGeodaeticaetCar．４５,No．１１ November,２０１６
引文格式:黄谟 涛,刘 敏,欧 阳 永 忠,等．重 力 场 对 飞 行 器 制 导 的 影 响 及 海 洋 重 力 测 线 布 设 [J]．测 绘 学 报,２０１６,４５(１１):１２６１Ｇ１２６９．DOI: １０．１１９４７/j．AGCS．２０１６．２０１６０１７５． HUANG Motao,LIU Min,OUYANG Yongzhong,etal．EffectofExternalDisturbingGravityFieldonSpacecraftGuidanceand SurveyingLineLayoutforMarineGravitySurvey[J]．ActaGeodaeticaetCartographicaSinica,２０１６,４５(１１):１２６１Ｇ１２６９．DOI: １０．１１９４７/j．AGCS．２０１６．２０１６０１７５．
Abstract:Centredonthesupportrequirementofflyingtrackcontrolforalongrangespacecraft,adetail researchismadeonthecomputationofexternaldisturbinggravityfield,thesurveyaccuracyofgravity anomalyontheearth’surfaceandtheprogramofsurveyinglinelayoutformarinegravitysurvey．Firstly, thesolutionexpressionofnavigationerrorforalongrangespacecraftisanalyzedandmodified,andthe influenceoftheearth’sgravityfieldonflyingtrackofspacecraftisevaluated．Thenwithagivenlimited quotaofbiased errorofspacecraftdrop point,the accuracyrequirementforcalculatingthe external disturbing gravityfield is discussed and researched．Secondly,the data truncation error and the propagateddataerrorarestudiedandestimated,andthequotasofsurveyresolutionandcomputation accuracyforgravityanomalyontheearth’surfacearedetermined．Finally,basedontheabovequotas,a correspondingprogramofsurveyinglinelayoutformarinegravitysurveyisproposed．Anumericaltesthas beenmadetoprovethereasonablenessandvalidityofthesuggestedprogram． Key words: marine gravity survey;requirement analysis;spacecraft guidance;disturbing gravity; surveyinglinelayout Foundationsupport:The National Natural Science Foundation of China (Nos．４１４７４０１２;４１１７４０６２; ４１３７４０１８);TheGreatScientificInstrumentDevelopmentProjectofChina(No． ２０１１YQ１２００４５０３);TheNational BasicResearchProgramofChina(９７３Program)(No．６１３２１９);TheNationalMajorDevelopmentProgramof China(Nos．２０１６YFC０３０３００７;２０１６YFB０５０１７０４)
Effectof External Disturbing Gravity Field on Spacecraft Guidance and SurveyingLineLayoutforMarineGravitySurvey
HUANG Motao１,２,３,LIU Min２,OUYANGYongzhong１,DENGKailiang１,ZHAIGuojun１,２,３,LUXiuping１, WUTaiqi１
海 洋 重 力 场 信 息 在 大 地 测 量 学 、空 间 科 学 、海 洋 学 、地 球 物 理 学 、地 球 动 力 学 等 诸 多 学 科 领 域 都 具有重要的应用价值 . [１] 精化大地水准面一直 是 测定海洋重力场的主要目的之一.由于地球重力 场与地球内部质 量 密 切 相 关,因 此 海 洋 重 力 测 量 可为确定地球内部质量密度分布提供数据支持. 海洋重力异常既可应用于地球动力学板块构造理 论 研 究 ,又 可 应 用 于 海 底 地 壳 年 龄 、地 球 内 部 质 量 迁 移 、板 块 冰 后 回 跳 等 多 种 地 球 物 理 现 象 的 解 释 . 随着空间技术的 发 展,海 洋 重 力 测 量 的 实 用 价 值 更 加 凸 显 ,因 为 自 然 天 体 (月 亮 、行 星 )和 人 造 天 体 (卫星、飞行器)的 轨 道 计 算 都 离 不 开 地 球 重 力 场 信息的 支 持. 海 洋 重 力 测 量 在 海 洋 矿 产 资 源 开 发 、惯 性 导 航 、水 下 匹 配 辅 助 导 航 等 工 程 应 用 领 域 也发挥着非 常 重 要 的 作 用 . [２] 很 显 然,不 同 应 用 领域对海洋重力 测 量 精 确 度、分 辨 率 及 覆 盖 域 大 小的需求是有区 别 的,很 多 时 候 这 种 区 别 还 比 较 显著 . [３Ｇ４] 卫星测 高 反 演 重 力 和 海 面 船 载 重 力 测 量是当前获取海洋重力场信息的两种主要手段, 虽然最新推出的卫星测高反演重力异常成果的网 格间 距 已 经 达 到 １′×１′,其 精 度 达 到 了 ±３~ ５mGal(１mGal＝１０－５ m/s２)[５],但这样的精度水 平仍无法完全满足某些领域的应用需求.因此, 海面船载重力测量仍然是目前获取高精度和高分 辨率海洋重力场信息的重要手段.
摘 要 :重 点 围 绕 远 程 飞 行 器 飞 行 轨 道 控 制 保 障 需 求 ,开 展 了 空 中 扰 动 引 力 计 算 和 地 面 重 力 异 常 测 量 精 度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证.首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式, 定 量 估 计 了 地 球 重 力 场 对 远 程 飞 行 器 飞 行 轨 迹 的 影 响 ,并 以 一 定 量 值 的 落 点 偏 差 为 限 定 指 标 ,研 究 论 证 了空中扰动引力的计算精度要求.在此基础上,通过对地面重力异常截 断 误 差 及 数 据 传 播 误 差 的 估 计 和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率 和 计 算 精 度 指 标.以 此 为 依 据,提 出 了 相 对 应 的 海 洋 重 力 测 量 测 线 布 设 方 案 ,并 通 过 数 值 计 算 验 证 了 所 提 方 案 的 合 理 性 和 有 效 性 . 关 键 词 :海 洋 重 力 测 量 ;需 求 分 析 ;飞 行 器 制 导 ;扰 动 引 力 ;测 线 布 设 中 图 分 类 号 :P２２９ 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :１００１Ｇ１５９５(２０１６)１１Ｇ１２６１Ｇ０９
１２６２
November２０１６Vol．４５No．１１AGCS
http:∥xb．sinomaps．com
基金项目:国 家 自 然 科 学 基 金 (４１４７４０１２;４１１７４０６２;４１３７４０１８);国 家 重 大 科 学 仪 器 设 备 开 发 专 项 (２０１１YQ１２００４５０３);国 家 ９７３ 计 划 (６１３２１９);国 家 重 点 研 发 计 划 (２０１６YFC０３０３００７;２０１６YFB０５０１７０４)
力场参数的保障 需 求,开 展 相 应 的 海 洋 重 力 测 量 测线布设方案设计与论证.
１ 重 力 场 对 远 程 飞 行 器 落 点 的 影 响
由文献[９—１０]知,发 动 机 和 控 制 系 统 (包 括 制导系统和姿态稳 定 系 统)是 无 人 驾 驶 飞 行 器 的 两个重要组成部 分,其 作 用 是 将 飞 行 器 沿 预 定 的 轨迹投送到预定的目标区.根据远程飞行器在飞 行中的受力情况,一 般 将 飞 行 轨 迹 划 分 为 主 动 段 和被动段两个部 分,前 者 指 从 发 射 平 台 起 飞 到 发 动机主令关机点 的 一 段 飞 行 轨 迹,后 者 是 指 从 发 动机主令 关 机 点 到 飞 行 器 着 地 的 一 段 飞 行 轨 迹 (又分自由段和再 入 段). 在 飞 行 轨 迹 的 主 动 段, 飞行器除了受到发动机推力和控制系统的调控作 用 外 ,还 会 受 到 空 气 动 力 、地 球 引 力 和 由 于 地 球 自 转引起的惯 性 力 的 影 响.而 在 被 动 飞 行 阶 段,飞 行器则完全依靠在主动段终点获得的动能飞行, 不再受发动机推力和控制系统的调控作用.因 此,飞行器落点的 精 确 度 主 要 取 决 于 控 制 系 统 在 主动段终点获得的飞行器运动参数的可靠性.但 确定运动参数的准确性又完全取决于飞行器在飞 行过程中的 受 力 分 析、建 模 和 计 算.随 着 飞 行 器 制造工艺和控制 技 术 的 不 断 突 破 和 完 善,地 球 重 力扰动场计算误差已经成为限制飞行器落点精度 进一步提 高 的 主 要 因 素 . [１１Ｇ１３] 因 此,要 想 有 效 控 制飞行器的落点 偏 差,必 须 首 先 解 决 地 球 外 部 空 间特别是近地空间扰动引力场的精密计算问题.
