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发展需求,围绕利用CHAMP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.论文的主要创新点有:     

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。     

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。     

Kaula线性摄动方法应用于CHAMP重力场恢复的模拟研究

介绍了Kaula线性摄动方法的基本原理和算法，给出了利用该方法进行CHAMP重力场恢复的具体步骤，分析了Kaula线性摄动方法在实际应用中存在的问题。利用CHAMP模拟数据对该方法进行了验证，结果表明：Kaula线性摄动方法能有效地恢复CHAMP重力场模型，但该方法对观测值的要求较高，且计算过于复杂，一般用于恢复50阶次以下的重力场模型。     

卫星跟踪卫星技术确定地球重力场的加速度法研究

地球重力场是地球的基本物理场,表征着地球物质空间分布、运动和变化,一直是大地测量学科的核心科学任务之一。随着卫星重力测量技术的飞速发展,21世纪初国际卫星重力探测计划,CHAMP、GRACE和GOCE先后成功实施,提供了大量高低卫星跟踪卫星、低低卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度观测数据,为研究地球重力场精细结构和构建高精度全球重力场模型提供精确的长波信息。其中,基于卫星跟踪卫星观测值恢复高精度中长波重力场被各国学者广泛而深入地研究。在此背景下,本文研究由卫星跟踪卫星技术利用加速度法确定地球重力场模型的理论与方法。     

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。     

大地测量

CH20051284 基于能量守恒方法恢复CHAMP重力场模型=CHAMP GRAVITY FIELD RECOVERY USING ENERGY CONSER- VATION METHOD／徐天河,杨元喜(西安测绘研究所)／／测绘学报．-2005,34(1)．-1-6 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CHAMP加速度计数据存在的问     

现代低轨卫星对地球重力场探测的实践和进展

综述了现代低轨卫星对地球重力场测量的特点和近况，介绍了已经和即将发射的重力卫星CHAMP、GRACE、GOCE和新型测高卫星，讨论了作为现代重力卫星首次实践－－CHAMP卫星的进展和目前尚待解决的问题。     

利用卫星跟踪卫星确定地球重力场的理论和方法

卫星跟踪卫星(satellite-to-satellite tracking，SST)的研究可追溯到20世纪60年代，多种方案(GRAVSAT、GRM等)被研究和讨论。但是直到CHAMP(2000)和GRACE(2002)卫星的发射成功，才获得实用的SST数据用于全球范围重力场的研究，SST提供的丰富资料在重力场理论研究方面蕴含的巨大潜力使其成为地学研究的热点问题之一。     

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。     

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.     

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征，并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道，利用轨道积分和轨道拟舍的方法，研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以厦虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。     

星载加速度传感器的在轨运动影响

加速度传感器测量卫星所受非引力加速度的精度是利用该技术精确恢复重力场的重要指标。根据卫星运动理论 ,给出了轨道升交点赤经摄动、近升距摄动、卫星运动、坐标轴旋转引起的加速度性质以及相应表达式。针对CHAMP卫星轨道 ,讨论了各项的影响量级     

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。     

利用现有重力场模型求定CHAMP卫星加速度计修正参数

CHAMP卫星加速度计数据的标定是通过确定其尺度因子和偏差参数来完成的.本文基于能量守恒方程,给出利用现有重力场模型标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和数学模型;提出相邻历元间差分算法,大大简化了观测方程,同时避免积分常量的计算.该算法既能同时解算尺度因子和偏差参数,也可任意求解其中之一.基于实测的CHAMP卫星加速度数据,利用EGM96模型和最新公布的EIGEN-2模型进行计算与比较,验证该方法的有效性.     

基于卫星加速度恢复地球重力场的去相关滤波法

基于加速度法恢复地球重力场时,卫星加速度是由卫星轨道数值微分得到,而数值微分会放大高频误差,进而降低了重力场解算结果的精度.针对数值微分导出的加速度误差具有有色噪声的特性,提出利用去相关算法构造白化滤波器对加速度有色噪声进行滤波处理,并根据去相关的基本原理分别构造了基于三点差分和ARMA模型的白化滤波器.采用不同噪声背景的CHAMP卫星模拟轨道数据进行解算,结果表明:基于去相关滤波解算的重力场模型精度均要比等权解算的重力场模型精度高,初步验证了去相关滤波方法的有效性.     

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。     

基于改进短弧积分法的GRACE重力反演理论、方法及应用

正CHAMP、GRACE和GOCE等卫星重力任务的成功实施,为大地测量学、冰川学、海洋学、水文学等学科提供了诸多高时空分辨率的地球重力场模型。由于GRACE对地球重力场的长波段信号十分敏感,且能以较高的精度恢复中波段重力场信号,因此应用GRACE重力数据恢复时变与静态地球重力场,一直以来备受大地测量学者关注。本文在经典短弧积分法的基础上,对重力场反演理论和方法作进一步的探讨和改进,并用GRACE实测数据解算了静态和时变重力场模型,主要研究成果     

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.     

高低卫-卫跟踪模式主要技术指标的模拟分析与验证

基于重力场信号的频谱特性建立了SST-hl加速度计和星载GPS等有效载荷的解析误差分析模型.以CHAMP卫星的相关技术指标为例,对卫星高度、加速度计精度和GPS定轨精度等技术指标与恢复重力场的性能作了模拟分析.将模拟分析结果与EGM96和EIGEN-CHAMP03S模型进行了比较,验证了解析模拟分析模型的有效性.