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。     

重力卫星及其应用进展

现代大地测量学的重要任务之一就是确定地球重力场模型和大地水准面,卫星重力计划就是基于这一任务的。本文简要介绍了重力卫星发展的现状及其局限性,在发射时间、轨道倾角和主要星载设备等方面比较了CHAMP,GRACE和GOCE三颗重力卫星,最后简述了它们在地质构造、海洋学以及资源勘探等方面的最新应用,显示了重力卫星在科研和生产中不可替代的重要作用。     

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：     

重力卫星和测高卫星五年来的进展

对近年升空的重力卫星CHAMP和GRACE及将于近期升空的GOCE卫星,以及测高卫星ENVISAT,Jason1,GFO,ICESat和CryoSat的技术特点进行了介绍和评估。     

CHAMP重力卫星结果在中国海及邻近海域的初步分析

利用世界上第一个采用高低卫_卫跟踪技术的CHAMP重力卫星计划导出的全新的高精度全球长波重力场模型EIGEN_1S结果 ,根据二维高斯滤波原理 ,基于相同空域尺度对卫星重力结果和由卫星测高解算的几种版本的海洋重力异常数据进行了长波部分的分析研究。结果表明 ,在中国海及其邻近海域卫星重力数据与卫星测高解算的海洋重力异常数据之间存在明显的偏差。     

地球外部引力场引起卫星间距离变化的数值模拟研究

卫星跟踪卫星(SST)被认为是解决目前地球重力场探测领域中所面临一系列问题的有效方法之一。随着CHAMP、GRACE等SST卫星重力任务的实施，卫星跟踪卫星方法已经进入实用阶段。以GRACE卫星重力计划为参照，利用数值模拟方法研究了由于地球外部引力场导致的卫星间距离变化的规律，得出了相应结论。本研究方法和结论可以为进一步的研究工作，特别是我国未来可能发展的利用SST探测地球重力场的卫星计划提供参考。     

利用CHAMP卫星星历恢复引力位模型的模拟研究

对CHAMP卫星星历恢复引力位模型的精度，使用3种方法和不同积分弧长作了模拟计算，结果表明，采用正则化方法并扩展积分弧长将有助于提高解算法系数的精度，预期CHAMP卫星观测将使现有引力位模型低阶位系数的精度提高1－2个数量级。     

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.     

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。     

Calibration for CHAMP Accelerometer Data Based on Crossover Points of the Satellite

The German CHAlleging Minisatellite Payload （CHAMP） was launched in July 2000. It is the first satellite that provides us with position and accelerometer measurements, with which the gravity field model can be determined. One of the most popular methods for geopotential recovery using the position and accelerometer measurements of CHAMP is the energy conservation method, The main aim of this paper is to determine the scale and bias parameters of CHAMP accelerometer data using the energy conservation method. The basic principle and mathematical model using the crossover points of CHAMP orbit to calibrate the accelerometer data are given based on the energy balance method. The rigorous integral formula as well as its discrete form of the observational equation is presented, This method can be used to estimate only one of the scale and bias parameters or both of them. In order to control the influence of outliers, the robust estimator for the calibration parameters is given. The results of the numerical computations and comparisons using the CHAMP accelerometer data show the validity of the method.     

利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度计数据

基于能量守恒方程给出了利用卫星轨迹交叉点标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和方法 ,并给出了其严密的积分公式及其离散化形式。为了控制加速度数据的扰动异常 ,建议采用抗差估计求解参数值 ,并基于实测的CHAMP卫星加速度计数据进行了计算与比较 ,验证了该方法的有效性     

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。     

Integrated adjustment of CHAMP, GRACE, and GPS data

Various types of observations, such as space-borne Global positioning system (GPS) code and phase data, accelerometer data, K-band range and range-rate data, and ground-based satellite laser ranging data of the CHAllenging Minisatellite Payload (CHAMP) and GRAvity Climate Experiment (GRACE) satellite missions, are used together with ground-based GPS code and phase data in a rigorous adjustment to eventually solve for the ephemerides of the CHAMP, GRACE, and GPS satellites, geocenter variations, and low-degree gravity field parameters. It turns out that this integrated adjustment considerably improves the accuracy of the ephemerides for the high and low satellites, geocenter variations, and gravity field parameters, compared to the case when the adjustment is carried out stepwise or in individual satellite solutions.Acknowledgments. This study has been supported by the German Ministry of Education and Research through the Geotechnologies Programme grants 03F0333A/CHAMP and 03F0326A/GRACE.     

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。