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天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析

刘山洪,  鄢建国,  杨轩,  叶茂,  郭茜,  王波,  李斐

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刘山洪, 鄢建国, 杨轩, 叶茂, 郭茜, 王波, 李斐. 天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20210035
引用本文: 刘山洪, 鄢建国, 杨轩, 叶茂, 郭茜, 王波, 李斐. 天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20210035
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LIU Shanhong, YAN Jianguo, YANG Xuan, YE Mao, GUO Xi, WANG Bo, LI Fei. Potential Contribution from Tianwen-1 Extended Mission to Mars Low-Order Gravity Field[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20210035
Citation: LIU Shanhong, YAN Jianguo, YANG Xuan, YE Mao, GUO Xi, WANG Bo, LI Fei. Potential Contribution from Tianwen-1 Extended Mission to Mars Low-Order Gravity Field[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20210035
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天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析

doi: 10.13203/j.whugis20210035

  • 1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉, 430072;

  • 2 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室, 河北 石家庄, 050081

基金项目: 

民用航天预研项目（D020103），国家自然科学基金（42030110，U1831132）

详细信息
    作者简介:

    刘山洪,博士,主要从事行星探测器精密定轨、行星历表解算。shanhongliu@whu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.1

Potential Contribution from Tianwen-1 Extended Mission to Mars Low-Order Gravity Field

  • 1 State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

  • 2 The State Key Laboratory of Satellite Navigation System and Equipment Technology, Shijiazhuang 050081, China

Funds: 

the Pre-research Project on Civil Aerospace Technologies(D020103)

  • 摘要: 天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务，将实现对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常任务阶段环绕以极轨设计为主与历史火星任务类似，对当前火星重力场模型精度改进有限，因此其拓展任务轨道选取至关重要。本文通过对极轨圆轨道和近赤道大偏心率轨道进行仿真模拟，分析两种典型轨道构型对现有火星重力场模型改进的可能性，基于不同误差考量仿真解算了对应6个重力场模型。借助重力场功率谱分析，发现在测量噪声为0.1 mm/s的情况下，不论采用极轨还是近赤道轨道，一个月的跟踪数据均可较好的反演出42阶次的火星重力场模型；考虑综合误差影响之后，发现两种轨道对于重力场解算精度类似，其中实施近赤道大偏心率轨道对35阶次以上约束略强。
    Abstract: Tianwen-1 is China's first independent interplanetary mission. It will complete orbiting, landing, and roving tasks in one operation. Exploiting tracking data from gathered during this extended mission, this paper explores possible ways to improve the Mars gravity field model through simulations. We designed two types of orbits, a polar and a near equatorial large eccentricity orbit and recovered six gravity solutions considering various error sources. By the power spectrum of these gravity models was analyzed and evaluated, finding that a month of tracking data from the polar orbit or the combined polar and near equatorial orbit could be used to properly reconstruct the Mars gravity field model with orders and degrees of 42 under the 0.1 mm/s measurement noise. The results show that after considering the influence of comprehensive error, the accuracy of gravity field solutions from the two types of orbits was similar. Nevertheless, the orbit with large eccentricity near the equator has a slightly stronger constraint on more than 35 order and degree coefficients.
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    [3] 张艳, 王涛, 冯伍法, 王淑香.  “天绘一号”海岛(礁)影像稀少控制下的定位技术研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140220
    [4] 涂弋, 陆洋, 张子占, 史红岭, 杜宗亮, 高春春, 朱传东.  利用GRACE资料构造大尺度时变重力场统一模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140303
    [5] 昌胜骐, 黄勇, 李培佳, 胡小工.  利用不同月球重力场模型分析嫦娥三号定轨精度 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, doi: 10.13203/j.whugis20140332
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    [19] 宁津生, 李金文, 晁定波.  各向异性局部重力场计算的谱方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版,
    [20] 张荣.  超声Doppler测量血液流速的方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版,
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-24

天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析

doi: 10.13203/j.whugis20210035
  • 1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉, 430072;
  • 2 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室, 河北 石家庄, 050081
    • 基金项目:

    民用航天预研项目（D020103），国家自然科学基金（42030110，U1831132）

    作者简介:

    刘山洪,博士,主要从事行星探测器精密定轨、行星历表解算。shanhongliu@whu.edu.cn

  • 收稿日期: 2021-01-24

  • 中图分类号: P228.1

摘要: 天问一号是中国首次独立开展的行星际探测任务，将实现对火星的环绕、着陆、巡视探测。天问一号正常任务阶段环绕以极轨设计为主与历史火星任务类似，对当前火星重力场模型精度改进有限，因此其拓展任务轨道选取至关重要。本文通过对极轨圆轨道和近赤道大偏心率轨道进行仿真模拟，分析两种典型轨道构型对现有火星重力场模型改进的可能性，基于不同误差考量仿真解算了对应6个重力场模型。借助重力场功率谱分析，发现在测量噪声为0.1 mm/s的情况下，不论采用极轨还是近赤道轨道，一个月的跟踪数据均可较好的反演出42阶次的火星重力场模型；考虑综合误差影响之后，发现两种轨道对于重力场解算精度类似，其中实施近赤道大偏心率轨道对35阶次以上约束略强。

English Abstract

刘山洪, 鄢建国, 杨轩, 叶茂, 郭茜, 王波, 李斐. 天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20210035
引用本文: 刘山洪, 鄢建国, 杨轩, 叶茂, 郭茜, 王波, 李斐. 天问一号拓展任务对火星低阶重力场解算的潜在贡献分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版. doi: 10.13203/j.whugis20210035
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LIU Shanhong, YAN Jianguo, YANG Xuan, YE Mao, GUO Xi, WANG Bo, LI Fei. Potential Contribution from Tianwen-1 Extended Mission to Mars Low-Order Gravity Field[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20210035
Citation: LIU Shanhong, YAN Jianguo, YANG Xuan, YE Mao, GUO Xi, WANG Bo, LI Fei. Potential Contribution from Tianwen-1 Extended Mission to Mars Low-Order Gravity Field[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20210035
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