利用现有重力场模型求定CHAMP卫星加速度计修正参数

CHAMP卫星加速度计数据的标定是通过确定其尺度因子和偏差参数来完成的.本文基于能量守恒方程,给出利用现有重力场模型标定CHAMP卫星加速度数据的基本原理和数学模型;提出相邻历元间差分算法,大大简化了观测方程,同时避免积分常量的计算.该算法既能同时解算尺度因子和偏差参数,也可任意求解其中之一.基于实测的CHAMP卫星加速度数据,利用EGM96模型和最新公布的EIGEN-2模型进行计算与比较,验证该方法的有效性.     

利用CHAMP卫星星历及加速度计数据推求地球重力场模型

讨论基于CHAMP卫星星历和加速度计数据推求地球重力场模型的数值微分算法.首先利用牛顿内插公式,根据CHAMP卫星星历观测值求解卫星运动加速度.在计算卫星加速度时,建议采用速度数据内插加速度.扣除其他非地球引力摄动加速度后,基于牛顿运动定律建立观测方程.利用GFZ数据中心提供的24天CHAMP星历数据和加速度计数据解算出50×50阶地球重力场模型,并与EGM96模型进行比较,结果表明两者在低阶位系数上有较好的一致性.     

CHAMP卫星轨道数据的粗差探测

德国GFZ数据中心提供的CHAMP卫星轨道数据中存在少量粗差。本文基于牛顿数值微分公式及误差传播定律给出了卫星轨道时间序列粗差探测的基本原理和粗差定位方法。文章用模拟和实测CHAMP卫星轨道数据进行了计算，验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

低轨卫星精密定轨中重力场模型误差的补偿

分析了不同重力场对低轨卫星运动影响的特征，并基于CHAMP卫星和GRACE卫星的真实轨道，利用轨道积分和轨道拟舍的方法，研究了线性分段加速度、周期性分段加速度以厦虚拟随机脉冲加速度在精密定轨中对重力场模型误差的补偿效果。     

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.     

大地测量学

CH20041546利用CHAMP卫星星历及加速度计数据推求地球重力场模型=Recoverying the Gravitational Poten- tial Model from the Ephemerides and Accelermeter of CHAMP/徐天河,杨元喜(西安测绘研究所)∥测绘学报．-2004,33(2)．-95-99 讨论基于CHAMP卫星星历和加速度计数据推求地球重力场模型的数值微分算法。首先利用牛顿内插公式, 根据CHAMP卫星星历观测值求解卫星运动加速度。在计算卫星加速度时,建议采用速度数据内插加速度。扣除其他非地球引力摄动加速度后,基于牛顿运动定律建立观     

CHAMP卫星加速度计数据的使用

给出利用GFZ数据中心提供的CHAMP卫星加速度计数据提取惯性系下非保守力摄动加速度的计算方法，讨论加速度改正数的归算和姿态数据间断的处理。用实测的CHAMP卫星加速度计数据进行计算，结果表明：加速度改正数的归算影响在l0^-10g／s^2量级，因此，实际的计算中可不进行改正数的归算；当姿态数据间断小于l0个采样间隔(10s采样)时，利用线性内插方法，精度在l0^-9m／s^2量级，满足精密定轨及重力场反演的精度要求；而当姿态数据间断超过15个采样间隔时，内插结果的精度在10^-8m／s^2量级．此时的数据需慎重处理。     

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.     

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.     

基于能量守恒方法恢复CHAMP重力场模型

介绍了基于能量守恒定律恢复地球重力场模型的基本原理和算法.指出了CHAMP加速度计数据存在的问题,提出了整体求解尺度因子、偏差参数和偏差漂移的数学模型及差分算法.利用2002年1月的CHAMP快速科学轨道数据和加速度计数据计算出了50 × 50地球重力场模型XISM02.将该模型与EGM96,GRIM5C1,EIGEN1S,EIGEN2模型进行了比较,并用北极实测重力数据对上述模型进行了检验.结果表明:XISM02模型在北极地区精度与EIGEN1S,EIGEN2相当.     

利用动力学法标校CHAMP卫星加速度计数据

给出了用于标校CHAMP卫星加速度计数据的动力学法，并推导了相应的计算公式。该方法不受先验地球重力场模型的影响，具有在求解住系数的同时对加速度计数据的尺度和偏差进行标校的优点。计算结果表明，该方法能明显改善重力场模型的恢复精度。     

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。     

改进的能量守恒方法及其在CHAMP重力场恢复中的应用(英文)

An efficient method for gravity field determination from CHAMP orbits and accelerometer data is referred to as the energy balance approach. A new CHAMP gravity field recovery strategy based on the improved energy balance approach IS developed in this paper. The method simultaneously solves the spherical harmonic coefficients, daily Integration constant, scale and bias parameters. Two 60 degree and order gravitational potential models, XISM-CHAMPO1S from the classical energy balance approach, and XISM-CHAMPO2S from the improved energy balance, are determined using about one year＇s worth of CHAMP kinematic orbits from TUM and accelerometer data from GFZ. Comparisons among XISM-CHAMPO1S, XISM-CHAMPO2S, EIGEN-CGO3C, EIGEN-CHAMPO3S, EIGEN2, ENIGNIS and EGM96 are made. The results show that the XISM-CHAMPO2S model is more accurate than EGM96, EIGENIS, EIGEN2 and XISM-CHAMPO1S at the same degree and order, and has almost the same accuracy as EIGEN-CHAMPO3S.     

CHAMP星载加速度计数据分析

利用GFZ数据中心提供的CHAMP卫星星载加速度计数据,通过坐标系转换计算得到惯性系下的非保守力加速度;研究和讨论了CHAMP星载加速度计数据特点、改正数计算和姿态数据间断的处理等问题,指出了1.0版姿态数据跳变和2004年后姿态数据间断过大而无法使用的现象,建议实际处理时不采用1.0、1.1版及2004年后的数据。通过计算表明:在1 min之内的CHAMP星载加速度数据间断可以用简单内插的方法进行处理,并且简单内插结果的精度与数据质量有关,因此要慎重使用内插数据。     

GOCE gradiometer: estimation of biases and scale factors of all six individual accelerometers by precise orbit determination

A method has been implemented and tested for estimating bias and scale factor parameters for all six individual accelerometers that will fly on-board of GOCE and together form the so-called gradiometer. The method is based on inclusion of the individual accelerometer observations in precise orbit determinations, opposed to the baseline method where so-called common-mode accelerometer observations are used. The method was tested using simulated data from a detailed GOCE system simulator. It was found that the observations taken by individual accelerometers need to be corrected for (1) local satellite gravity gradient (SGG), and (2) rotational terms caused by centrifugal and angular accelerations, due to the fact that they are not located in the satellite’s center of mass. For these corrections, use is made of a reference gravity field model. In addition, the rotational terms are derived from on-board star tracker observations. With a perfect a priori gravity field model and with the estimation of not only accelerometer biases but also accelerometer drifts, scale factors can be determined with an accuracy and stability better than 0.01 for two of the three axes of each accelerometer, the exception being the axis pointing along the long axis of the satellite (more or less coinciding with the flight direction) for which the scale factor estimates are unreliable. This axis coincides with the axis of drag-free control, which results in a small variance of the signal to be calibrated and thus an inaccurate determination of its scale factor in the presence of relatively large (colored) accelerometer observation errors. In the presence of gravity field model errors, it was found that still an accuracy and stability of about 0.015 can be obtained for the accelerometer scale factors by simultaneously estimating empirical accelerations.     

基于方差分量估计的CHAMP重力场恢复方法

基于德国慕尼黑技术大学(TUM)提供的100 d的CHAMP卫星几何法轨道和GFZ提供的加速度计数据,计算出了50×50阶地球重力场模型XISM-CHAMP01,并与EIGEN-CG03C、EIGEN-CHAMP03S、EIGEN2、EIGEN1S、EGM96模型进行了比较。结果表明,XISM-CHAMP01模型精度明显优于相同阶次EGM96模型和EIGEN1S模型,并与EIGEN2模型精度相当。     

一种基于加表零偏稳定性的GNSS/SINS组合导航异常探测方法

在地面车载组合导航中,全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）的观测值容易受地面复杂环境的干扰,导致其定位结果出现异常,严重影响GNSS/捷联惯性导航系统（strap-down inertial navigation system,SINS）组合的滤波解算。从惯导系统误差特性的角度,研究了一种基于加表零偏稳定性的组合导航异常探测新方法。该方法从加表零偏解算的异常来发现GNSS位置、速度等观测值中的粗差,并采取剔除和降权的抗差方法抵御粗差影响。通过一组车载数据的分析表明,观测粗差对加表零偏解算的影响十分显著,以此为判别条件能够准确地发现观测粗差。采用该方法后,位置误差、速度误差和姿态误差的均方根分别减小了70.8%、87.9%和77.7%,显著提高了组合导航的解算精度和鲁棒性,为组合导航数据的抗差处理提供了一种新思路。