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《2016中国地球科学联合学术年会论文集(三十二)——专题58:太阳活动与空间天气效应、专题59:中高层大气-电离层,磁层及相互耦合过程、专题60:比较行星学》2016年
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利用低轨卫星精密定轨数据反演热层大气密度

李若曦  雷久侯  
【摘要】:热层是指位于中间层以上,外逸层以下,高度范围约为85Km~800Km的大气层。该层大气受到光照条件、太阳活动、地磁指数等多重因素的影响,同时由于电离层与中性大气的耦合作用,其物理性质具有变化速度快、尺度大等特点,普通地基手段限于观测高度的影响,而高层大气观测卫星数量太少,均很难直接有效观测。然而,包括载人飞船、空间站在内的大量低轨航天器均运行在此高度上,热层大气拖曳作用,作为最大的非保守力摄动,直接影响着航天器的控制以及寿命,甚至威胁到航天员的生命。因此,对该区域大气密度进行精确测量,对人造地球卫星轨道确定、航天器精确控制等具有十分重要的意义。随着全球卫星导航系统的发展,星载卫星定位系统能够帮助我们实现卫星的精确定轨,并提供高精度的星历数据。这就使得使用精密卫星轨道数据反演热层大气密度成为可能。卫星在大气拖曳摄动力的作用下,运行轨道逐渐衰减。根据轨道摄动理论,利用精密定轨的卫星星历,通过热层大气对卫星轨道半长轴的衰减作用,再考虑到卫星运行过程中姿态调整造成的有效面积变化和弹道系数变化,即可反演得到热层大气密度,与此同时,将简单分析不同的面积模型和弹道系数模型对结果造成的影响。相似的,使用精密定轨数据,利用卫星在轨运行过程中能量的衰减,也可以反演得到热层大气密度。另一方面,对于某些科学卫星,除了携带高精度定位系统外还携带有加速度计。根据牛顿定律,也可以使用加速度计直接测量结果进行密度反演。然而,由于空间环境难以完全通过实验室模拟,使得直接观测到的加速计数据需要经过校准才可以使用,在利用能量衰减反演热层大气密度的过程中,选择合适弧段,使用最小二乘法对星载加速度计尺度和偏差系数进行标定,然后使用标定后的加速度计数据再一次反演热层大气密度。通过误差传递公式,计算三种方法的误差,并给出半长轴衰减法和能量衰减法的适用条件。对比利用能量衰减法和半长轴衰减法反演得到的一天的密度结果,理论推导其一致性,并通过和MSIS00模型对照,验证其正确性。对比利用能量衰减法和加速度计反演得到的2006—2010年的密度结果,并对其计算效率进行对比说明,通过和MSIS00模型对照,验证其正确性。
【作者单位】:中国科大
【关键词】:热层大气 密度 卫星轨道 半长轴 能量 加速度计
【分类号】:P412.27
【正文快照】:
利用低轨卫星精密定轨数据反演热层大气密度@李若曦$中国科大!合肥230000 @雷久侯$中国科大!合肥230000热层是指位于中间层以上,外逸层以下,高度范围约为85Km~800Km的大气层。该层大气受到光照条件、太阳活动、地磁指数等多重因素的影响,同时由于电离层与中性大气的耦合作用

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1 董晓军,黄珹;Jacchia77大气模式的完备公式[J];中国科学院上海天文台年刊;1996年00期
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