EIGEN-GL04C重力场模型的精度分析

本文对GFZ发布的GRACE EIGEN-GL04C重力场模型从球谐系数分析、误差阶方差分析两方面进行了精度评价。研究表明,相较于以往的重力场模型,EIGEN-GL04C重力场模型精度对120阶以下(未包含J2项)的地球中长波部分具有明显的改善。GRACE重力卫星测量已经成为获取地球重力场信息的重要手段。     

卫星重力与地球重力场

卫星重力探测技术可获取全球均匀覆盖的地球重力场信号。以GRACE为代表的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking,SST）计划为人类提供了前所未有丰富的中长波尺度的全球地球重力场信息。本文包含两部分研究内容：一是给出基于能量守恒原理的GRACESST重力观测方程,并采用此方法以实测GRACE观测数据求解得到120阶的GRACE地球重力场模型WHU—GM—05,并同国际上具有代表性的类似模型进行了分析比较;二是采用解析方法分析了SST观测系统中KBR、ACC、星载GPS等有效栽荷误差与获取地球重力场信号性能的响应,为我国SST设计和实施提供参考。     

卫星重力场模型在极地区域的精度分析

卫星重力计划实施以来,世界各国测量研究机构基于卫星重力数据、卫星测高、船测重力、航空重力数据和地面重力数据研制了诸多高精度、高分辨率的地球重力场模型。然而,由于极区缺少相应的测量重力数据,模型精度通常较低。本文针对卫星重力测量确定的地球重力场模型精度的不确定性问题,对比分析了国际上发布的几种较新的重力场模型,分析了其在南极和北极地区反演的重力异常的准确性。结果表明,e模型虽然采用了部分极地实测重力数据,但在同阶次的情况下,其在极区的精度也并不是最高的。SGG-UGM-1模型的内符合精度在高阶时最高,在极地区域与地面重力数据误差最小。     

基于GRACE卫星数据的高精度全球静态重力场模型

应用GRACE卫星数据反演高精度静态地球重力场是大地测量学界的热点之一。考虑到经典动力学法线性化误差随弧长拉长而迅速增长,本文以GRACE卫星轨道观测值为初值的线性化方法,建立了应用GRACE卫星轨道和星间距离变率反演地球重力场的改进动力学法理论模型。利用2003年1月至2010年12月的GRACE卫星姿态、轨道、星间距离变率和非保守力加速度等观测数据,解算了一个180阶次的无约束全球静态重力场模型Tongji-Dyn01s和一个采用Kaula规则约束的全球重力场模型Tongji-Dyn01k。与国际不同机构最新发布的纯GRACE数据解算的重力场模型(包括AIUB-GRACE03S、GGM05S、ITSG-Grace2014k和Tongji-GRACE01)进行比较,并利用DTU13海洋重力异常和GPS/水准高程异常进行外部检核,结果表明,Tongji-Dyn01s与国际最新模型精度处于同一水平,然而Tongji-Dyn01k模型总体上更加靠近EIGEN6C2重力场模型。     

卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点

卫星重力发射将大大改善人们对地球重力场的了解 ,最近一些年已经和将要发射的 CHAMP、GRACE及GOCE卫星将把现有静态中长波长部分重力场的精度提高 1- 2个量级 ,并提供长波部分重力场随时间变化的信息。本文对这一大地测量的新进展作了简单叙述     

卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点

卫星重力发射将大大改善人们对地球重力场的了解 ,最近一些年已经和将要发射的 CHAMP、GRACE及GOCE卫星将把现有静态中长波长部分重力场的精度提高 1- 2个量级 ,并提供长波部分重力场随时间变化的信息。本文对这一大地测量的新进展作了简单叙述     

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     

基于能量守恒的星间距离变率与地球重力场频谱关系的建立与分析

基于能量守恒原理,建立了SST-ll星间距离变率观测噪声谱与重力场误差谱的关系,以GRACE相关指标模拟分析了卫星间距、卫星高度和距离变率精度对恢复地球重力场的影响.结果表明,增大卫星间距可提高恢复低阶次位系数的精度,卫星间距超过500 km对提高恢复重力场精度的作用已不明显;降低轨道高度可提高恢复高阶次位系数的精度,卫星高度每降低100 km,恢复位系数的有效阶次提高20阶以上;提高星间距离变率精度可大幅度提高恢复重力场的精度,距离变率精度每提高一个量级,恢复位系数的有效阶次提高约28阶.将模拟结果与GGM02S和EIGEN-GRACE02S模型进行比较,初步验证了本文方法的可行性.     

激光测距对静态重力场恢复精度的影响分析

鉴于下一代重力卫星设计中利用更高精度的激光测距技术代替微波测距,对激光测距提高地球重力场探测精度的问题进行了讨论。通过高精度的动力学重力场模型反演方法,推导了线性化的星间变率公式,并以一定的权融合卫星精密轨道与星间变率数据。通过模拟计算结果可知,当卫星轨道、定轨精度、加速度计精度与Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)相同,星间变率精度依次从1.0×10~(–6) m/s提高到5.0×10~(–7) m/s、1.0×10~(–7) m/s、5.0×10~(–8) m/s、1.0×10~(–8) m/s时,累积大地水准面误差则在120阶时依次从85.14 cm降低为33.09 cm、7.33 cm、3.70 cm、3.59 cm。结果表明当采用高精度的激光测距后,采用低低卫卫跟踪模式,地球静态重力场模型的探测精度有望比GRACE提高1个量级。当激光测距精度提高至10 nm/s时,计算结果与精度为50 nm/s的计算结果无明显差别,这表明过高的星间变率测量精度相对于其他指标而言有冗余。本文建议在其他测量技术精度未有提高的前提下,只需将激光测距的精度提高至50 nm/s即可。     

星星跟踪重力场测量任务优化设计方法

在卫星重力场测量中,星星跟踪是获取中高阶重力场模型的有效方式,是GRACE Follow-on、GRACE II等下一代国际重力卫星所采用的测量方式.星星跟踪重力卫星任务设计需要考虑轨道高度、星间距离、定轨误差、星间距离变化率测量误差、非引力干扰确定误差、任务测量时间和数据采样间隔等任务参数,这些参数共同决定了重力场测量的时间分辨率、空间分辨率及其精度等重力场测量性能.如何分析这些系统参数对重力场测量性能的复杂物理机理,进而提出合理、优化的任务参数设计方法,是星星跟踪重力场测量系统设计中的重要问题.为此,本文建立了星星跟踪重力场测量性能的解析计算模型,并利用GRACE重力卫星测量参数验证了该解析模型,进而提出了重力卫星系统参数设计方法,为实现星星跟踪重力场测量性能最大化奠定了理论基础.