由SGM100i质量分析看SELENE的贡献

月球重力场是研究月球演化和深部构造的基本物理量,也是低轨月球卫星精密定轨的关键。SELENE以高-低卫星跟踪卫星模式历史上首次获得了月球背面重力场直接观测数据。与GLGM-3相比,增加了SELENE跟踪数据的SGM100i在各方面表现出较高的精度:其位系数误差阶方差在15～30阶减小超过10倍,最大达到66倍(15阶);位系数与地形的相关性系数在50～70阶高达0.9,而GLGM-3只有0.6～0.7;基于SGM100i计算的重力异常和月球大地水准面起伏也更好地揭示了月球背面与环形地形相关的重力场特征,从而验证了SELENE 4程Doppler数据对于月球重力场解算的贡献。     

月球重力场模型GL0660B特征分析及其对绕月卫星轨道的影响

月球重力场可用来研究月球演化过程和内部结构,是影响绕月卫星精密定轨的重要因素。基于GRAIL任务数据解算的GL0660B重力场模型,极大提高了月球重力场空间频谱信号的强度和范围。本文首先通过计算相应重力场的阶方差和地形相关性分析,对GL0660B模型进行了精度分析;其次,利用GL0660B模型和其他几个月球重力场模型进行比较,对月球重力场的特征进行了分析;然后通过绘制GL0660B模型和LP150Q模型在月球外部不同高度处的重力异常图,分析比较了月球重力场模型在不同高度上所反映的月球重力场的特征和差异;最后,利用GEODYN软件模拟计算了不同高度卫星的轨道变化。可以看出绕月卫星离心率随时间的变化,以及周期性变化趋势,而且不同高度卫星轨道处质量瘤的摄动影响不同,远月点、近月点和偏心率的变化也存在差异。     

新近月球重力场模型的比较与分析

针对以往和新近高阶月球重力场模型,利用多种方式分析和比较了不同重力场模型的功率谱和自由空气重力异常,仿真计算了不同高度、不同倾角、不同重力场模型对探月卫星轨道演化的影响。所有重力场模型对近极轨卫星轨道的影响相同,均适用于近极轨卫星的精密定轨。CEGM02、SGM100h、SGM150较适用于非极轨绕月卫星的精密定轨。未来探月活动可以考虑发射非极轨卫星,进一步完善月球重力场模型。在月球重力场全球模型的基础上,使用局部球谐函数方法,可以对局部重力场进行补充,以完善全球重力场模型。     

重力场模型对Swarm卫星精密定轨的影响分析

采用星载GPS观测数据与简化动力学定轨方法,在方程中引入伪随机脉冲参数,从而实现对Swarm卫星的精密定轨. 详细分析了不同阶次的GOCO06s地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响,对比了PGM2000a、EIGEN-2、EGM2008以及GECO重力场模型展开到100阶次时Swarm卫星解算的轨道精度. 结果表明:当GOCO06s地球重力场模型阶次处于30～100阶次时,Swarm-A、Swarm-B和Swarm-C卫星在径向、切向、法向上的定轨精度随着GOCO06s阶次的不断增加而越来越高,而在高于100阶次时,定轨精度基本稳定,且在各方向定轨精度优于3 cm. 此外,采用100阶次GECO、EGM2008和GOCO06s模型对三颗Swarm卫星进行定轨,解算的轨道精度相当,且要高于同阶次其他重力场模型的定轨结果.      

应用Slepian局部谱方法解算中国大陆重力场球谐模型

根据经典的球谐函数方法,为满足正交化要求,观测数据需要覆盖整个球面,而对于地表局部测量数据,则无法应用球谐方法解算重力场模型。针对此问题,采用Slepian局部谱分析方法解算中国大陆范围内的实测重力场变化数据,并以GOCE卫星球谐函数解作为已知模型,评估由于实际陆地重力测点的非均匀分布对球谐函数解的误差影响。通过计算多个阶次中国大陆局部范围的Slepian基函数分布;采用GOCE卫星获得重力场模型的前72阶球谐系数作为已知结果,评价实际测点非均匀分布的解算有效性,并针对中国大陆地区采用Slepian基函数进行解算,通过模型对比选择最优截段项数;针对2005—2008年中国大陆地区流动重力测量获得的重力场变化信号进行解算,获得了72阶重力场变化模型。     

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.     

利用LP多普勒数据解算月球重力场模型的分析

利用GSFC/NASA提供的GEODYNII/SOLVE软件处理月球探测器LP(Lunar Prospector)扩展任务阶段最后3个月的测速和测距跟踪数据,解算月球重力场模型,比较分析全部位系数解算和部分中高阶次位系数解算2种方法,并对2种方法解算得到的模型进行阶方差分析.同时通过轨道残差、重复轨道误差以及模型大地水准面等几个方面对基于部分中高阶次住系数解算的有效性和得到的模型进行精度评估.结果表明基于部分中高阶次位系数解算的方法进行恢复月球重力场是可行的.该方法将用于"嫦娥工程"中月球重力场的解析.     

利用不同月球重力场模型分析嫦娥三号定轨精度

利用最新的月球重力场模型GL0660b对嫦娥三号探测器定轨的影响进行分析,并与LP150Q和SGM150模型进行了比较。首先计算了三个重力场模型的功率谱,分析了系数阶方差和误差阶方差的性质,GL0660b大大提升了月球重力场模型的阶数和解算精度;然后讨论了各模型在月球外部空间不同高度处截断到不同阶次的重力异常分布。利用这三个重力场模型对嫦娥三号环月期间的轨道进行解算,计算结果表明,利用GL0660b模型截断至150阶次,100km×100km轨道重叠弧段精度约为22m,和LP150Q,SGM150全阶次模型精度相当;对于100km×15km轨道,GL0660b模型截断至360阶次,重叠弧段精度约为21m,优于LP150Q和SGM150计算结果。     

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。     

GRAIL月球重力场模型定轨性能分析

由最新GRAIL跟踪数据解算的月球重力场模型相较于之前的模型在分辨率和精度上有了巨大的飞跃,本文采用月球重力场模型GRGM660PRIM,通过与历史LP150Q和SGM150j模型对比,从轨道预报和精密定轨两个角度定量分析了GRGM660PRIM的定轨性能。计算结果表明,对于卫星轨道寿命预报,GRGM660PRIM并未体现出较大优势,与LP150Q和SGM150j相当;对于大倾角的Apollo 16子卫星的精密定轨,GRGM660PRIM体现出其高精度、高阶次的优势,双程Doppler测速残差RMS由1.36~1.48mm/s降低至0.722mm/s,三程Doppler测速残差RMS由1.67~1.69mm/s降低至1.2mm/s,定轨精度得到显著的提高。     

月球卫星重力发展历程和我国月球探测建议

重力场是研究内部构造和星体演化的基本物理量,具有重要价值。概要介绍了新一代地球重力卫星,重点回顾了月球重力测量发展历程,详细地介绍了历史上重要的探月任务及具有代表性的月球重力场模型,指出了月球重力场反演存在的主要困难,最后,提出了我国发展自主探月计划的建议。     

月球重力场的确定及构建我国自主月球重力场模型的方案研究

对绕月卫星的运动规律以动力学方程的形式进行了描述，并讨论了绕月卫星定轨中动力法和几何法的适用性以及通过定轨观测获取月球重力场模型的计算方式和优化算法’在归纳月球重力场确定的技术流程的基础上。针对月球背面绕月卫星摄动无法观测的困难，分析了目前所能采取的各种处理办法及其特征。结合我国即将发射的“嫦娥卫星”装备有激光测高计这一特点，提出将月球表面地形与月球重力场之间的强相关性作为约束来确定我国自主重力场模型的设想。     

月球探测最新进展

介绍当今各国探月的最新进展,研究中国的"嫦娥"计划和日本的"月球女神"计划的科研目标和科学荷载,分析其各自的优势以及创新之处,并展望月球科学的发展方向.     

月球测绘在月球探测中的应用

根据探月历史概述了月球测绘与月球探测的关系、月球探测的焦点和我国探月计划；分析研究了月球测绘的关键技术；论述了月球测绘在月球探测中的应用。     

月球圈层空间立体网格技术研究

选定月固坐标系为月球圈层空间网格的坐标基础,根据月球结构及其人造月球卫星轨道分布情况划分月球基准圈层面,采用剖分曲线l和b对月球圈层面进行层次细分,实现对圈层面层次细分。然后,结合圈层径等距细分对月球圈层体进行层次细分,实现对圈层体层次细分,建立月球圈层空间立体网格模型。采用Hilbert曲线填充算法,实现对月球圈层网格统一编码,编码效率较高,为网格数据组织奠定基础。     

月面形貌的3维可视化算法

基于大范围地形可视化算法研究的基础上,对平面geometry clipmaps算法进行改进,利用GPU的顶点着色器实现平面地形向球面地形的投影变换,并综合利用球面视域裁剪、球面视点控制等技术,使geometry clipmaps算法适用于球面海量地形数据的3维可视化;收集处理月球全球影像和形貌高程数据,对算法进行验证,实现月球表面形貌的实时动态3维可视化.试验表明:绘制算法可不受数据量大小的限制、绘制效率高、效果逼真,但存在两极变形较大的缺点.

Abstract：

Based on the study of visualization arithmetic of large area terrain, plane geometry clipmaps algorithm is improved. Projection transformation from plane landform to sphere landform was realized by using GPU vertex shader. In that improved algorithm, methods such as sphere vision field culling and sphere viewpoint control are used.That makes geometry clipmops algorithm more effective in 3D visualization of massive sphere terrain data. The whole moon image and DEM data are collected and disposed, which are used to verify the capability of that algorithm, realizing dynamic and real time 3D visualization of moon surface. The experiments show that the graphic algorithm isn't limited by data quantity, which is of high efficiency and reality simulation, but the two-pole distortion is serious.     

月球重力异常及其计算方法

从物理意义角度出发,尝试给出了合理的月球重力异常的计算方法,并且分析了其影响因素。最后得到物理意义明确的月球全球布格重力异常,并对其进行了初步的地质解释。     

绕月飞行器近圆形轨道演化的数值分析

利用GSFC/NASA/USA的GEODYNⅡ软件,并引入JPL/NASA/USA最新的165×165阶次的月球重力场模型LP165P,通过对该模型进行截断,仿真计算了不同阶次的月球重力场模型对轨道演化的影响,在相同的重力场模型下,计算了不同轨道高度、不同倾角和不同轨道偏心率的轨道演化情况。大量的仿真计算表明,高倾角、圆轨道的中低轨(150 km或200 km)绕月飞行器具有相对稳定的轨道演化特征,在不进行任何调整的情况下,其轨道持续运行时间超过1 a。同时计算表明,轨道积分过程中可以截断月球重力场模型至100阶次而不损失精度。