低轨卫星初始状态误差对反演地球重力场的影响

基于动力学法反演地球重力场的基本理论,研究了卫星初始状态向量误差对应用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场的影响。在仅考虑低轨卫星初始状态误差的情况下进行了模拟计算,结果表明:在利用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场时,卫星初始状态向量误差需要重新进行估计;在目前的轨道精度水平下,若不顾及误差方程二次项的影响,反演弧长不宜过长;卫星初始状态速度误差(约1.5mm/s)的影响要大于位置误差(约10 cm)的影响。     

基于卫星跟踪卫星数据恢复地球重力场的研究

卫星跟踪卫星技术可以快速获取全球地球重力场中长波信息,不仅可以获取重力场静态信息,而且可以获取重力场的时变信息,已成为地球物理、大地测量、海洋、水文等学科研究、甚至减灾防灾等方面的一种高技术手段。本文研究基于卫星数据恢复地球重力场的理论和方法,重点在于求解地球重力场模型同时改善卫星初始轨道参数方法的研究。1.在阅读大量文献的基础上,给出了论文研究必需的基础理论知识,讨论恢复地球重力场的常用几种方法的基本原理,分析它们的优缺点,指出三种定轨方式的联系与区别。2.详细研究卫星跟踪卫星各种观测值的误差源,讨论削弱…     

利用GOCE卫星轨道数据反演地球重力场模型

在能量守恒法和短弧长积分法的基础上,利用Fortran程序语言编写了两套计算程序,分别利用两种方法计算了62d的GOCE轨道得到Model_ENG(能量法)和Model_SAC1(短弧长积分法)两组模型,利用短弧长积分法计算了近1a的GOCE轨道得到Model_SAC2。对两种方法反演的结果,以及利用其他低轨卫星反演的结果进行了比较,结果显示,短弧长积分法的精度要高于能量守恒法,Model_SAC2精度高于EIGEN-champ03s和90dGRACE轨道反演的模型Model_GRA,并且在30阶以前与国际上反演的GOCE-only模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3精度一致。     

地球重力场模型对低轨卫星轨道积分的影响

介绍3种不同的地球重力场模型及其(约化)动力学定轨中所涉及的动力学模型,并基于Collocation轨道积分方法对CHAMP卫星进行数值积分,然后将轨道积分结果与JPL快速精密星历相比较.实验结果表明,由CHAMP卫星SST数据反演生成的EIGEN-2模型引力位系数具有较高的精度,能够满足低轨卫星精密定轨的需要.     

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GOCE卫星轨道反演地球重力场模型

根据积分方程法反演地球重力场的数学模型,利用GOCE卫星2009-11-02～2010-01-02共61d的精密轨道数据反演了几组地球重力场模型。结果表明,GOCE卫星轨道能有效提取地球重力场的长波信息,弥补了GOCE卫星重力梯度带宽的限制,在106阶次的大地水准面误差为±9.6cm,该阶次精度优于EIGEN-CHAMP03S及GRACE卫星两个月轨道反演地球重力场的精度,但由于两极空白,反演的带谐位系数精度偏低。联合GOCE及GRACE卫星轨道反演的模型在106阶次的大地水准面误差为±6.9cm,弥补了GOCE卫星轨道的缺陷。     

基于CHAMP卫星星历反演地球重力场的两种方法

根据模拟的CHAMP卫星星历,分别采用基于牛顿运动定律的数值微分法和基于能量守恒定律的能量守恒法建立观测方程,恢复出50阶次的重力位系数。同时,考虑到CHAMP卫星位置、速度和加速度存在的误差,分析了这两种方法对各项精度指标的敏感程度,并比较了这两种方法的优缺点。     

利用能量守恒法和GOCE卫星轨道数据反演地球重力场模型

利用傅立叶级数拟合GOCE卫星的耗散能,解决了基于能量守恒法恢复GOCE重力场模型时耗散能的计算问题。采用Helmert-Wolf参数估计法统一求解位系数、能量常数和耗散能的傅立叶级数拟合参数,并采用消局部参数的最小二乘法求解位系数。该方法不需要任何初始值或参考模型,不需要采用差分方法处理能量常数,也不需要进行迭代计算。利用GOCE卫星2009-11-01~2010-02-12共103d的精密轨道数据反演了三组100阶次的重力场模型GOCE-ECP01S、GOCE-ECP02S和GOCE-ECP03S,并与EIGEN-5C、EIGENCHAMP05S和GOCO03S模型进行比较。结果表明,采用一阶傅立叶级数拟合GOCE卫星的耗散能效果最好,反演的GOCE-ECP01S模型精度最高,整体精度优于EIGEN-CHAMP05S,但较GOCO03S模型的精度偏低;在100阶次的大地水准面误差为±3.2cm,但由于极空白的影响,恢复模型的带谐项位系数精度偏低。     

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。     

基于GOCE卫星重力测量技术确定地球重力场的研究

随着GOCE卫星的成功发射,围绕GOCE数据处理和应用研究已成为目前地学研究的热点问题之一。本文研究基于GOCE卫星重力测量技术确定地球重力场的理论和方法,研制相应的数据处理软件包与仿真模拟平台。论文的主要工作如下：     

多种跟踪组合卫星重力场恢复方法初探

将卫星地面跟踪、高低卫星跟踪和低低卫星跟踪恢复重力场的原理进行统一 ,导出了两种能充分综合多种跟踪观测的卫星重力场恢复基本观测方程。在建立基本观测量与重力场参数的函数传输关系的基础上 ,对目前存在的重力场恢复算法给出了直观的解释 ,并以距离二次变率为重力场恢复的基本观测量 ,提出了一种能组合各种卫星跟踪观测量的动态 /动力组合定轨和重力场恢复方法。     

SST-HL模式下利用卫星均值加速度反演地球重力场

探讨了SST-HL模式下利用卫星均值加速度反演地球重力场的实用解算模型,给出了抑制卫星均值加速度高频误差的滤波方法和具体数据处理方案。采用61d的GOCE几何法轨道和加速度计数据,在Kaula正则化约束条件下求解了100阶次的重力场模型WHU-GOCE-SST01S(RE),结果表明其整体精度优于EIGEN-CHAMP03S和GO_CONS_GCF_2_TIM_R1模型,验证了所提数据处理方法的有效性。     

海洋非潮汐变化对时变重力场的影响

基于全球海洋数值模式,估计了海水质量非潮汐变化对低阶地球引力场季节性变化的贡献。激发模型预测的大气、地表水、海洋潮汐和非潮汐变化对引力场的组合影响被用来与卫星激光测距(SLR)的观测值进行比较。结果表明,在季节性变化时间尺度上,为克服海洋数值模式的体积守恒近似而采用的质量守恒改正对ΔJ₂具有较明显的影响,对ΔJ₃的影响可以忽略,SLR观测的ΔJ₂周年和半年振幅介于海洋、地表水、大气(IB)和(NIB)的组合结果之间。     

ARMA滤波在加速度法反演地球重力场中的应用

探讨了根据ARMA模型构造白化滤波器对卫星加速度进行去相关滤波的方法。给出了加速度法和去相关最小二乘解算的基本原理,推导了基于加速度法整体求解加速度计尺度因子、偏差参数和重力场位系数的计算公式。在此基础上,讨论了利用ARMA去相关滤波法抑制卫星加速度有色噪声的具体处理方案。实验结果验证了所提方法的有效性。     

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.     

新一代探测地球重力场的卫星编队

探讨4类卫星编队构形(串联编队、钟摆编队、车轮编队、串联-钟摆编队)测定全球重力场的特点和能力。基于C-W(Clohessy-Wiltshire)方程分析各类编队卫星的相对运动状态,通过仿真试验,探讨各种卫星编队探测重力场的精度和分辨率。结果表明,与GRACE-type编队相比,包含多方向重力信号观测量的卫星编队能够为重力场解算提供更好的条件,对重力场解算精度提高可达9%~65%;径向观测量是重力场反演中的主要信息来源,其中南北径向的车轮编队最适合于高阶重力场的解算;另外,编队卫星间的沿轨方向观测量对扇谐系数反演能力最差,法向观测量对低次项系数的反演不敏感,径向和多方向观测量联合反演能得到接近各向同性的重力场系数。这可为新一代重力卫星任务的设计提供参考依据。     

木星探测器Juno精密定轨分析及低阶引力场解算

随着中国深空测控技术的进步和深空探测计划的推进,木星探测计划已经进入日程,木星探测器的精密定轨和木星的引力场的解算是木星探测中的重要研究内容。首先给出了木星探测器的坐标系统和动力学模型,并利用已公布的朱诺号木星探测器精密星历数据进行验证,动力学拟合结果与参考星历的位置偏差在10 m量级,速度偏差小于6 mm/s;然后利用深空多普勒测量模型处理已经发布的朱诺号无线电测量数据进行精密定轨,结果与参考星历的差距在数百米量级;最后利用仿真数据验证引力场系数解算的可靠性,并利用朱诺号探测器4个近木点附近的实测数据解算引力场系数,得到了截至8阶的带谐项系数。     

利用卫星重力测量确定地球重力场模型的进展

卫星重力测量是当前探测全球一致、高精度和高分辨率地球重力场的高效技术手段,主要包括高低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in high-low mode, SST-hl）、低低卫星跟踪卫星测量（satelliteto-satellite tracking in low-low mode, SST-ll）和卫星重力梯度测量（satellite gravity gradiometry,SGG）。系统总结了利用卫星重力测量技术（包括SST-hl、SST-ll和SGG及多模式组合）反演地球重力场的主要方法,评述了利用挑战性小卫星有效载荷（challenging mini-satellite payload, CHAMP）、重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment, GRACE）/GRACE继任者（GRACE follow-on, GRACE-FO）和地球重力场和海洋环流探索器（gravity field and steady-state ocean circulation explorer...