低低跟踪重力测量卫星地面演示验证系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星重力测量技术领域，具体涉及一种低低跟踪重力测量卫星地面演示验证系统。
【背景技术】
[0002]地球重力场是反映地球物质分布与运动的基本物理场，高精度的地球重力场及其时变信息对于地球动力学和地球内部机理的研究具有重要意义。测定和研究精细地球重力场的主要目标就在于为研究地球内部结构和动力学过程提供基础信息。
[0003]卫星重力测量技术的实现是继美国GPS星座成功构建之后在大地测量领域的又一项创新和突破，是被国际大地测量学界公认的当前地球重力场探测研究中最高效、最经济和最有发展潜力的方法之一，它既不同于传统的车载、船载和机载测量，也不同于卫星测高和轨道摄动分析，而是通过卫星跟踪卫星高低/低低技术(SST-HL/LL)和重力梯度技术(SGG)，利用卫星搭载的地球重力场探测器或传感器，研究卫星轨道的受摄运动及其参数变化，进而研究地球重力场的结构和变化，恢复高精度和高空间分辨率的地球重力场。自从第一颗人造地球卫星Sputnik-Ι于1957年10月4日发射成功，基于卫星技术研究地球重力场已取得了很大的发展。
[0004]国际上在基于重力卫星测量技术探测地球重力场方面已经取得了实质性进步。国际大地测量学界众多科研工作者经过40多年孜孜不倦的探索终将SST和SGG计划推向实际操作阶段，并先后于2000年7月15日、2009年3月17日，成功实践了高-低卫星跟踪卫星重力测量模式(CHAMP、G0CE)，2002年3月7日，成功实践了低-低跟踪卫星重力测量模式(GRACE)，它们分别是德国、欧空局、美国等开发的专用重力测量小卫星计划。目前，美国、欧空局等已在制定实施下一代更高精度的重力测量计划。
[0005]我国众多学者在基于卫星重力测量恢复地球重力场的理论和方法方面开展了广泛研究，经过十多年的数据处理关键技术攻关，已突破了重力卫星的精密定轨、重力场恢复等关键技术，并成功研制了基于动力法等恢复地球重力场的实用软件，尤其是完成了难度极大的卫星重力测量数据一体化处理技术“一步法”的攻关，研制了原型软件，利用CHAMP、GRACE实际测量数据构建了多个地球重力场模型。可见，国内在重力卫星数据的处理理论和方法上已经获得了丰富的研究成果，积累了丰富的经验。
[0006]尽管如此，国内在系统级技术验证及系统研制方面仍存在巨大差距。目前，国内尚未开展对包括原始0级数据的产生及其处理研究；尚未开展基于卫星数据仿真和数据处理等验证项目，尤其是针对我国K波段测距仪、加速度计等测量设备特性的原始数据的数据处理技术验证。这也是本研究项目存在的意义。
[0007]鉴于我国在K波段测距系统、GPS接收机、空间加速度计等关键载荷研制方面距离世界先进水平还有较大差距，而且这些技术不可能通过引进获得，必须依靠自主解决，同时此技术的实现直接决定我国能否成功实现卫星重力测量计划。随着科学技术的日新月异，特别是计算机、微电子学和各种运动模拟器的迅速发展，使卫星系统仿真日趋完善。因此，将仿真技术应用于SST-HL/LL模式的重力卫星研制和运行的全过程将具有重要意义。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种低低跟踪重力测量卫星地面演示验证系统，在接近真实环境的条件下，以整星方式实现低轨重力测量卫星对地观测全过程模拟。
[0009]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:包括:
[0010]卫星仿真系统，用于生成卫星原始仿真数据；
[0011 ]地面处理系统，用于接收和处理仿真系统数据，并得到相关重力场产品；
[0012]所述仿真系统包括两台卫星模拟器和用于输入初始数据并控制各卫星模拟器工作状态的仿真管理控制器;所述各卫星仿真器均搭载若干载荷模拟器，以及用于采集各模拟器数据的数据采集器，所述数据采集器收集、整理数据后，通过数传控制器将数据下传至地面处理系统；
[0013]所述仿真系统和地面处理系统之间通过交换机进行数据通信。
[0014]进一步的，所述地面处理系统包括:
[0015]数据接收子系统，用于接收仿真系统内数据采集器所采集数据，生成0级数据；
[0016]数据预处理子系统，用于对数据接收子系统所生成0级数据进行预处理，生成1A、1B、1C级数据，并将处理后的数据输入至数据处理子系统；
[0017]数据处理子系统包括精密定轨模块、定标模块和重力场反演模块，通过精密定轨模块对数据预处理子系统产生的1B级数据进行精密定轨;通过定标模块对1C级数据进行标定;通过重力场反演模块对1C级数据进行重力场反演，生成重力场模型；
[0018]三级产品生产子系统，用于对数据子系统生成的重力场模型数据进行处理，得到重力场数据三级产品。
[0019]进一步的，所述地面处理系统还包括:
[0020]仿真与显示子系统，用于提取数据预处理子系统、三级产品生产子系统的相关数据，实现卫星在轨状态演示、卫星仿真数据演示、重力场产品可视化演示；
[0021]数据管理子系统，用于存储和管理数据接收子系统息、数据预处理子系统、数据处理子系统和三级产品生产子系统的数据信息，并对任务状态进行监控；
[0022]任务管理子系统，用于对数据预处理子系统、数据处理子系统和三级产品生产子系统进行管理和调度，并对任务状态进行监控。
[0023]进一步的，所述地面处理系统还包括产品分发子系统，用于半物理仿真系统产品数据的分发服务，为卫星仿真数据的演示以及重力场产品的演示提供数据支持，为用户提供数据查询、数据下载、数据订购、订单管理等功能。
[0024]进一步的，所述1C级数据是数据预处理子系统对1B级数据进行数据采样、坐标转换、格式转换、数据内插、时间转换等操作后生成的数据。
[0025]进一步的，所述仿真系统还包括数据生成演示系统，用于模拟和监控两台卫星模拟器的运动状态，所述数据生成演示系统分别与两台数据采集器相连接。
[0026]进一步的，所述载荷模拟器包括ACC模拟器、KBR模拟器、GNSS模拟器和SCA模拟器，磁力矩器、推力器、磁强计、陀螺仪和A0CS仿真器。
[0027]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:设置卫星仿真系统，通过多载荷空间参数配置，利用半物理卫星模拟器模拟低轨重力测量卫星在轨运行，产生原始仿真数据，并将原始仿真数据下传至地面处理系统，利用地面处理系统对原始仿真数据进行各级处理，得到相关重力场产品。本发明的卫星仿真系统将低低跟踪重力测量卫星星上载荷引入仿真回路，借助物理效应模型，进行实时半物理仿真，误差特性更接近实际；并且能够支持多速率数据加速仿真和多载荷空间参数配置，能够大幅提高数据仿真效率。其仿真数据可广泛应用于低低跟踪重力测量卫星系统指标论证及总体系统性能评估，为我国重力测量卫星星地一体化指标论证提供支撑，是保证低低跟踪重力测量卫星系统具有可靠性的基石Ο
[0028]进一步的，通过设置数据生成与演示子系统，能够对卫星模拟器的运动状态及运动轨迹等进行可视化演示，方便观察。
[0029]进一步的，通过设置仿真与演示子系统，能够实现卫星状态演示、卫星仿真数据演示、重力场产品可视化演示。
【附图说明】
[0030 ]图1为本发明一体化生产数据流向图；
[0031 ]图2为本发明分系统构成及其业务流向图；
[0032]图3为本发明系统详细数据流图；
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
[0034]参见图1-3，本发明提供的低低跟踪重力测量卫星地面演示验证系统包括:
[0035]卫星仿真系统，用于生成卫星原始仿真数据;地面处理系统，用于接收和处理仿真系统数据，并得到相关重力场产品；所述卫星仿真系统和地面处理系统之间通过交换机进行数据通信。
[0036]所述卫星仿真系统包括两台卫星模拟器和用于输入初始数据并控制各卫星模拟器工作状态的仿真管理控制器;所述各卫星仿真器均搭载若干载荷模拟器，以及用于采集各模拟器数据的数据采集器，所述卫星模拟器内各载荷模拟器的数据由数据采集器收集、整理后，通过数传控制器将数据下传到地面处理系统。所述载荷模拟器包括ACC模拟器(加速度计模拟器)、KBR模拟器(星间测距模拟器)、GNSS模拟器和SCA模拟器(星敏感器模拟器)，磁力矩器、推力器、磁强计、陀螺仪和A0CS仿真器(环境动力学仿真器)。
[0037]所述卫星仿真系统还包括数据生成演示系统，用于模拟和监控两台卫星模拟器的运动状态，所述数据生成演示系统分别与两台数据采集器相连接。
[0038]所述地面处理系统包括:
[0039]数据接收子系统，用于接收卫星仿真系统内数传控制器所下传的原始数据，并生成0级数据；
[0040]数据预处理子系统，用于对数据接收子系统所生成的0级数据进行预处理，生成1A、1B、1C级数据，并将处理后的数据输入至数据处理子系统；
[0041]数据处理子系统包括精密定轨模块、定标模块和重力场反演模块，通过精密定轨模块对数据预处理子系统产生的IB级数据进行精密定轨处理;通过定标模块对1C级数据进行标定处理;通过重力场反演模块对1C级数据进行重力场反演，生成重力场模型；
[0042]三级产品生产子系统，用于对数据处理子系统生成的重力场模型数据进行计算，得到重力场数据产品。
[0043]仿真与显示子系统，用于提取数据预处理子系统、三级产品生产子系统的相关数据，实现卫星状态演示、卫星仿真数据演示、重力场产品可视化演示；
[0044]业务数据管理子系统，用于存储和管理数据接收子系统、数据预处理子系统、数据处理子系统和三级产品生产子系统的数据信息，并对任务状态进行监控；
[0045]任务管理子系统，用于对数据预处理子系统、数据处理子系统、三级产品生产子系统进行管理和调度，并对任务状态进行监控。
[0046]产品分发子系统，用于半物理仿真系统产品数据的分发服务，为卫星仿真数据的演示以及重力场产品的演示提供数据支持，为用户提供数据查询、数据下载、数据订购、订单管理等服务。
[0047]本发明的系统由两大部分组成:卫星仿真系统和地面处理系统。卫星仿真系统主要由两台卫星仿真器构成，其中每台卫星仿真器又搭载了多个载荷模