卫星重力梯度数据确定地球重力场的Slepian局部谱分析方法

在引入Slepian局部谱分析方法的基础上,详细分析Slepian函数的数学特性,采用Grünbaum算子提高Slepian方法求解的稳定性和效率,推导卫星重力梯度数据确定地球重力场的Slepian方法表达式。通过仿真分析,就Slepian方法在卫星重力梯度数据确定地球重力位模型中的应用和前景进行分析和讨论。研究表明,Slepian函数在整个球面和球带上具有双正交性,其频谱能量分布特性与卫星轨道的测量特点具有很好的一致性。Slepian低次项系数精度受到极空白影响很小,较之球谐系数低次项明显改善。Slepian方法对大地水准面空间分布恢复精度的直接贡献不明显。     

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。     

不同月球重力场模型的比较与分析

针对3个不同时期解算的月球重力场模型特点,对重力场模型的功率谱和地形相关性进行了分析。基于LP150Q、SGM100i和GL0660B月球自由空气重力异常的比较,研究分析了月球重力场的特征。结果表明,所有的重力场模型都能很好地反映月球正面的重力场特征。基于星间Ka波段测速数据解算的GRAIL系列模型不仅分辨率得到了较大的提高,而且能更好地反映月球背面的重力场信息。     

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。     

月球形状及其重力场EI北大核心CSCD

本文首先从测绘科学与技术在月球探测中的应用角度,对月球形状及重力场的研究进展、获取方法及代表性成果进行了综述;进而针对现有的月球DEM及重力场模型中存在的主要问题进行分析,并提出了解决方案;最后结合各国的探月计划和我国正在实施的“嫦娥”四期工程,对月球形状和重力场研究面临的机遇和挑战进行了展望。     

有限元法解局部重力场

根据物埋大地测量边值问题的平面近似表达式,我们推导出适用于有限元法解算局部重力场的公式,然后用三维等参单元解算了一个地形模型。该模型是由地面上100m×100m的格网组成的121个结点(格网当然也可以是任意不规则的四边形)。模型中只需有结点上的重力异常。计算结果的中误差:m_ξ=±0.130\     

月球重力场模型发展现状及展望

探讨了月球探测多重意义及月球重力场在月球探测中的重要作用,介绍了月球重力场模型发展的历史及现状,给出了利用我国“嫦娥一号”轨道跟踪数据解算月球重力场模型。     

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。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉(Kau la)准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉（Kaula）准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。     

基于高斯样条函数的局部重力异常场解析重构

重力匹配辅助导航理论大都建立在离散场的基础上的,为了研究基于连续场重力匹配算法以克服传统匹配算法的局限,必须建立精度高且具有良好解析性质的局部重力异常场解析模型。利用斐波那契数列寻优方法对一维高斯样条函数插值进行最优化,在此基础上提出了基于斐波那契数列寻优的二维高斯样条函数逼近局部重力异常场方法。为了提高寻优算法运算速度,将二维准则函数解耦为X方向和Y方向两个独立的一维准则函数,分别采用斐波那契数列寻优方法对这两个准则函数进行寻优以获取X方向和Y方向最优参数,最终得到高精度逼近局部离散格网数据的局部重力异常场连续解析模型。仿真实验中采用五组不同的参数对变化范围为-51.185mGal~86.1819mGal的重力异常场进行逼近。从最后的仿真实验结果可以看出采用最优参数时逼近绝对误差均值达到0.00069,相对误差均值更达到10-6级,能较好的满足了匹配导航要求,其逼近精度较采用其它非最优参数时均有较大提高,由此验证了文中提出的重构算法有效性。     

局部重力场最小二乘配置通用表示技术

在分析局部重力场最小二乘配置法技术特点的基础上,推导出一种能综合多种类型、不同高度重力场元经验协方差函数的通用表达方法,以期实现局部重力场元的内插、外推、延拓或其他不同高度的重力场元估计一体化。分析了最小二乘配置技术的一些性能以及算法实现中应注意的问题。     

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。     

基于局部地球重力场模型的水下目标被动定位

提出了一种基于局部地球重力场模型的水下被动定位新模式。这种方法无需使用常用的匹配算法,因而也就摆脱了匹配算法的诸多限制。以分辨率为2′×2′的某区域重力异常数据为背景场进行仿真,仿真结果表明,局部重力场模型的平均误差小于0.133 1 mGal,潜器的平均经纬方向定位误差分别小于0.777 0nmile和1.244 4 nmile。     

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。     

地球重力场与KBR系统频谱关系的建立与分析

以近极圆形轨道的SST ll为研究目标,利用解析的方法分析卫星间精密测距与地球重力场的频谱关系,得出了一般情况下300km高度的SST,星间距离每增加100km,恢复能力提高约10阶次;对于500km卫星高度的SST,星间距离每增加100km,恢复能力提高约5阶次的结论。研究成果可以为我国发展SST探测地球重力场的卫星计划提供参考。