利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演,研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法.分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道,并与业已公布的卫星轨道数据进行比较,结果表明, CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大,考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高.     

卫星重力测量数据处理软件系统的设计

介绍了自主开发的卫星重力测量数据处理软件GRASTAR,给出了该软件的整体设计框架和功能。该软件主要采用动力学法实现,应用CHAMP卫星和GRACE卫星的观测数据反演地球重力场模型。利用模拟方法验证了该软件的正确性,并利用GRASTAR处理了126 d的CHAMP卫星数据,解算出直到40阶次重力场模型的初步结果。     

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复重力场方法概述

回顾了目前利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复地球重力场模型的各种方法；从观测值、观测方程和解算方法三个方面，对现有各种CHAMP重力场模型恢复方法进行了详细的归纳与分类，并指出了各方法的优缺点。     

卫星重力测量数据处理软件系统的设计

介绍了自主开发的卫星重力测量数据处理软件--GRASTAR,给出了该软件的整体设计框架和功能.该软件主要采用动力学法实现,应用CHAMP卫星和GRACE卫星的观测数据反演地球重力场模型.利用模拟方法验证了该软件的正确性,并利用GRASTAR处理了126 d的CHAMP卫星数据,解算出直到40阶次重力场模型的初步结果.     

地球重力场模型对低轨卫星轨道积分的影响

介绍3种不同的地球重力场模型及其(约化)动力学定轨中所涉及的动力学模型,并基于Collocation轨道积分方法对CHAMP卫星进行数值积分,然后将轨道积分结果与JPL快速精密星历相比较。实验结果表明,由CHAMP卫星SST数据反演生成的EIGEN-2模型引力位系数具有较高的精度,能够满足低轨卫星精密定轨的需要。     

利用GRACE轨道和加速度数据恢复地球重力场

本文基于高低卫卫跟踪的模式，用积分方法研究了不同重力场模型对于轨道的影响，并用3个月的GRACE轨道数据计算了新的60阶地球重力场模型，为了分析其精度，与EGM96和EIGENIS作了比较．结果表明新模型在40阶前更接近GGM02C模型。     

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据推求地球重力场模型

本文紧密结合当前卫星重力测量技术的发展需求，围绕利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复地球重力场展开研究，重点在CHAMP数据预处理、重力场恢复、正则化算法等方面进行了理论和实践上的系统研究，建立了一套完整的CHAMP重力场恢复理论和算法。论文的主要内容和创新点概括如下：     

一种计算GOCE卫星加速度的实用算法

引入了一种由卫星轨道数据计算瞬时加速度的实用数值微分算法,分别采用模拟卫星轨道数据、地球重力场和稳态海洋环流探测(GOCE)卫星任务发布的几何法轨道数据验证该算法的有效性。数值模拟结果表明,采用8阶9点10s采样间隔的移动窗口多项式数值微分算法计算加速度的精度最佳,71天实测几何法轨道数据采用相同算法恢复的100阶重力场模型GOCE-PKI-AA与EIGEN-5C模型在80阶以前具有良好的一致性,GOCE-PKI-AA模型整体精度优于EIGEN-CHAMP03S,低阶(小于15)部分较欧空局发布的第一代GOCE重力场模型GO-CONS-GCF-2-TIM-R1更接近于EIGEN-5C模型。     

卫星重力测量的主要方法和发展现状

利用卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量技术来测定全球重力场，是近几年重力场测量领域的一个发展重点。由这些卫星上的各种数据获得的地球重力场模型在精度和分辨率上都得到了很大程度上的提高。本文首先以CHAMP、GRACE、GOCE三颗卫星为例，介绍了当前卫星重力测量的主要方法、原则，对三颗卫星的特点进行了说明。同时对三颗卫星的组成部分、轨道参数、应用领域进行了介绍。对于由CHAMP、GRACE卫星数据生成的重力场模型，文中进行了分析、评价和比较。     

重力卫星主要有效载荷指标分析与确定

在介绍重力卫星发展计划的基础上 ,研究讨论了重力卫星上的主要有效载荷。从重力测量的基本原理出发 ,推导了卫星轨道高度、有效荷载的精度需求、所能恢复的重力场最大空间分辨率和相应重力场参数精度之间粗略的函数关系。最后利用推导的公式计算了CHAMP、GRACE、GOCE卫星上几种主要测量有效载荷的指标 ,并将推得的指标与CHAMP、GRACE、GOCE卫星设计的指标进行了比较 ,得出了两种指标在量级上一致的结论。     

利用CHAMP卫星星历及加速度计数据推求地球重力场模型

讨论基于CHAMP卫星星历和加速度计数据推求地球重力场模型的数值微分算法.首先利用牛顿内插公式,根据CHAMP卫星星历观测值求解卫星运动加速度.在计算卫星加速度时,建议采用速度数据内插加速度.扣除其他非地球引力摄动加速度后,基于牛顿运动定律建立观测方程.利用GFZ数据中心提供的24天CHAMP星历数据和加速度计数据解算出50×50阶地球重力场模型,并与EGM96模型进行比较,结果表明两者在低阶位系数上有较好的一致性.     

基于方差分量估计的CHAMP重力场恢复方法

基于德国慕尼黑技术大学(TUM)提供的100 d的CHAMP卫星几何法轨道和GFZ提供的加速度计数据,计算出了50×50阶地球重力场模型XISM-CHAMP01,并与EIGEN-CG03C、EIGEN-CHAMP03S、EIGEN2、EIGEN1S、EGM96模型进行了比较。结果表明,XISM-CHAMP01模型精度明显优于相同阶次EGM96模型和EIGEN1S模型,并与EIGEN2模型精度相当。     

基于CHAMP卫星星历反演地球重力场的两种方法

根据模拟的CHAMP卫星星历,分别采用基于牛顿运动定律的数值微分法和基于能量守恒定律的能量守恒法建立观测方程,恢复出50阶次的重力位系数。同时,考虑到CHAMP卫星位置、速度和加速度存在的误差,分析了这两种方法对各项精度指标的敏感程度,并比较了这两种方法的优缺点。     

改进的能量守恒方法及其在CHAMP重力场恢复中的应用(英文)

An efficient method for gravity field determination from CHAMP orbits and accelerometer data is referred to as the energy balance approach. A new CHAMP gravity field recovery strategy based on the improved energy balance approach IS developed in this paper. The method simultaneously solves the spherical harmonic coefficients, daily Integration constant, scale and bias parameters. Two 60 degree and order gravitational potential models, XISM-CHAMPO1S from the classical energy balance approach, and XISM-CHAMPO2S from the improved energy balance, are determined using about one year＇s worth of CHAMP kinematic orbits from TUM and accelerometer data from GFZ. Comparisons among XISM-CHAMPO1S, XISM-CHAMPO2S, EIGEN-CGO3C, EIGEN-CHAMPO3S, EIGEN2, ENIGNIS and EGM96 are made. The results show that the XISM-CHAMPO2S model is more accurate than EGM96, EIGENIS, EIGEN2 and XISM-CHAMPO1S at the same degree and order, and has almost the same accuracy as EIGEN-CHAMPO3S.     

附加Helmert变换参数的低轨卫星约化动力学精密定轨

在运动学精密定轨以及动力学轨道积分的基础上,提出基于Helmert变换的约化动力学精密定轨模型.该模型对动力积分轨道以及运动学轨道建立Helmert变换,进而修正轨道积分中的卫星初始轨道以及各种动力学参数.应用该模型,文章采用的约化动力学精密定轨包含两个部分:运动学精密定轨以及基于Helmert变换的动力学轨道平滑.对CHAMP、GRACE两个星期的观测数据进行计算,结果显示:在引入Helmert变换平移参数的参数设置下,相对于运动学轨道,约化动力学轨道的精度平均提高了约30%;对于CHAMP卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.14,0.14,0.16) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m;对于GRACE-A卫星,约化动力学轨道与参考轨道差值在XYZ 3个方向RMS的平均值分别为(0.17,0.15,0.13) m,差值3D RMS的平均值为0.26 m.文中还详细讨论和分析了模型中不同参数设置下轨道精度的情况.     

国际重力卫星研究进展和我国将来卫星重力测量计划

本文首先分别介绍了国际已经成功发射的专用地球重力测量卫星CHAMP、GRACE以及即将发射的GOCE、GRACE Follow-On和专用月球重力探测卫星GRAIL的研制机构、轨道参数、关键载荷、跟踪模式、测量原理、科学目标和技术特征;其次,阐述了当前相关学科对地球重力场测量精度的需求;最后,建议我国在将来实施的卫星重力测量计划中首选卫星跟踪卫星高低\低低模式,尽快开展轨道参数优化选取的定量系统研究论证和重力卫星系统的误差分析,依据匹配精度指标先期开展重力卫星各关键载荷的研制以及尽早启动卫星重力测量系统的虚拟仿真研究。     

一种适用于星载GPS自主定轨的地球引力近似计算改进方法

提出了一种适用于星载GPS自主定轨的改进的地球引力近似函数方法（improved gravity acceleration approximation function，IGAAF）。对IGAAF方法的性能进行评估，结果表明:IGAAF方法的计算耗时小于45×45阶球谐模型；拟合系数容量仅为200~320 kB；引力加速度的截断误差（3D RMS）处于1×102~1×103 nm/s2量级，小于每颗低轨卫星自主定轨所需的最优阶次球谐模型（GOCE:105×105，CHAMP:85×85，GRACE-A:65×65，ZY3/TerraSAR-X:55×55）；将IGAAF方法应用于星载GPS自主定轨试验，相比于球谐模型，不会降低自主定轨精度。IGAAF方法在保证定轨精度的同时兼顾计算效率与系数容量的平衡，在星载GPS自主定轨的工程化应用中具有较强的实用价值。     

基于能量守恒方法恢复CHAMP重力场模型

介绍了基于能量守恒定律恢复地球重力场模型的基本原理和算法.指出了CHAMP加速度计数据存在的问题,提出了整体求解尺度因子、偏差参数和偏差漂移的数学模型及差分算法.利用2002年1月的CHAMP快速科学轨道数据和加速度计数据计算出了50 × 50地球重力场模型XISM02.将该模型与EGM96,GRIM5C1,EIGEN1S,EIGEN2模型进行了比较,并用北极实测重力数据对上述模型进行了检验.结果表明:XISM02模型在北极地区精度与EIGEN1S,EIGEN2相当.     

使用能量守恒方法恢复CHAMP地球重力场

本文探讨了基于能量守恒方法利用CHAMP卫星精密星历和加速度数据恢复地球重力场模型的原理和方法。给出了地心惯性系下顾及地球自转和非保守力能量损耗的能量守恒方程,并且对日、月摄动位与引潮力附加位的计算方法作了相应的分析,同时介绍了加速度数据的处理方法。基于能量守恒方法,利用2002年1-2月、7-8月和11-12月三个不同时期共180天的CHAMP卫星精密星历和加速度数据恢复了三组50阶次的地球重力场模型GFM01、GFM02和GFM03,并将这些模型与EGM 96重力场模型和GFZ公布的EIGEN-CG01C重力场模型进行比较。结果表明:能量守恒方法恢复的GFM系列模型与EGM 96重力场模型及EIGEN-CG01C重力场模型在低阶位系数上均有较好的一致,但与EIGEN-CG01C模型有更好的一致。这说明了CHAMP卫星对地球中、长波重力场的敏感性,也说明了能量守恒方法恢复低阶地球重力场位系数的有效性。