星体引力对GOCE卫星飞行的影响

1、    星体引力对goce卫星飞行的影响    何利杰薛蛟周洪亮摘要goce卫星飞行过程中受到地球、月球和太阳等星体的影响，为了获取高精度的goce卫星轨道，需要精密确定上述摄动力。为此，本文分析了地球引力和其它三体摄动力等随轨道飞行时的变化规律，结果表明：地球中心引力的影响最大，其后依次为非球形引力、月球三体摄动力和太阳三体摄动力。关键词goce卫星 地球中心引力 三体摄动力 p185.18 文献码 b 1000-405x（2015）-8-242-21引言自champ、grace和goce卫星成功发射以来，人类确定地球重力场的能力得到了极大提升。特别地

2、，goce卫星引入了重力梯度测量技术，为确定地球重力场的短波分量提供了重要支持 1-3。此外，goce卫星搭载的高频gps接收机可精密确定卫星轨道，为确定地球重力场长波信息和定位梯度仪位置提供了重要数据支持4。卫星在飞行过程中，会受到各种星体引力的综合影响，本文将在介绍各摄动力模型的计算方法基础上，分析比较各种星体对卫星飞行的影响。2摄动力模型goce飞行过程中，主要受到太阳系内各种星体的影响。其中，卫星与地球的距离最近，需要考虑地球中心引力和非球形引力的作用；其它摄动星体则被认为是一个质量点，考虑其对goce卫星飞行的影响。下面分别给出了太阳系内各种星体对goce卫星摄动力模型。2.1地球引

3、力地球对goce卫星的摄动力是地球中心引力和非球形引力之和。卫星在地球外部任意一点 的引力位可表示为球谐系数的展开形式：其中， gm为地心引力常数，r为地球平均半径，clm、slm由地球重力场模型提供；plm为勒让德函数。卫星受到的地球中心引力和非球形引力之和在地固坐标系（x，y，z）处可表示为：然后根据地固系与惯性系的转换关系，即可得到地球中心引力与非球形摄动在惯性系下的各个分量。2.2第三体摄动力在惯性空间下，卫星在飞行过程中不仅受到地球引力作用，还受到太阳系内其他星体的影响，称卫星受到的该摄动力为第三体摄动力，在惯性系下可表示为：其中，gmi为第i个星体的引力常数（通常取i=2为月球，i

4、=3为太阳），li、ri为第i个星体相对于卫星和地心的位置向量。上述参数均可通过jpl提供的星历数据获得。3摄动力的计算与分析3.1摄动力分析利用欧空局发布的goce卫星轨道数据，基于公式（1）至公式（3），计算了各个星体的引力对goce卫星飞行的影响（如图 1至图 4所示），结果表明：地球中心引力在8.4m/s29.1m/s2之间变化，且与轨道变化周期相同，变化趋势相反，是goce卫星受到的最大摄动力；非球形引力的变化范围为0.01m/s20.026m/s2，是goce卫星受到的第二大摄动力，也是高低卫卫跟踪技术需要分离得到的摄动力；太阳、月球三体摄动力影响量级均在10-7m/s2以上，二者

5、的三体摄动力均存在短周期变化，且月球三体摄动力在一天内的变化包含一个趋势项。在goce卫星精密定轨过程中，应该精化各种星体摄动力的影响。3.2对轨道积分误差的影响将缺少某一种星体摄动力的“参考轨道”与包含所有摄动力的“真实轨道”进行了比较，分析了各种星体引力对轨道积分的影响（如表1），结果表明：地球中心引力对轨道位置影响达到107m量级，与卫星飞行高度量级一致；各种星体摄动力对goce卫星的影响顺序依次为：地球中心引力、非球形引力、月球三体摄动力、太阳三体摄动力；各种星体引力的轨道积分误差均大于厘米级，应该在精密定轨中考虑各种摄动力的影响。4结论goce卫星飞行过程中受到各种星体引力的影响，本

6、文给出了地球引力以及月球、太阳等三体摄动力的计算公式，研究了goce卫星受到的各种星体引力的量级，计算了其对轨道积分的影响，结果表明：goce衛星飞行过程中受到的地球中心引力影响最大，其后依次为非球形引力、月球三体摄动力、太阳三体摄动力，其对轨道积分的影响均超过了goce卫星几何定轨的精度。因此，在goce卫星精密定轨过程中，应该精密模型化上述几种星体引力。参考文献1宁津生.跟踪世界发展动态，致力地球重力场研究j.武汉大学学报·信息科学版，2001，26（6）：471-4742宁津生，王正涛. 地球重力场研究现状与进展j. 测绘地理信息， 2013 （001）： 1-7.3钟波. 基于goce卫星重力测量技术确定地球重力场的研究d.武汉： 武汉大学