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。     

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。     

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。     

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。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GOCONSGCF2DIRR5和GOCONSGCF2TIMR5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIRR5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIMR5模型在228阶之后的精度达到dm级;6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

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.     

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。     

基于跟踪观测技术恢复月球重力场模型的分辨率条件

月球重力场的恢复依赖于对绕球探测器的跟踪观测,可恢复重力场模型的最高阶次与观测数据分布的密集程度之间满足一定的关系。本文以极圆轨探测器为对象,研究了恢复至不同模型最高阶次沿纬线方向（星下点轨迹间距）和沿经度方向（采样间隔）的最低分辨率条件,并结合“嫦娥一号”实际情况进行了相关讨论。     

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。     

SGM100i月球重力场特征分析

基于SGM100i和最新月球重力场模型GLGM-3比较,分析了月球自由空气重力异常和月球大地水准面起伏。利用SGM100i绘制了月球垂线偏差及其分量的全月分布图,并分析了垂线偏差与月球地形特征、质量分布之间的相关性,发现利用垂线偏差反演得到的月球地形、质量分布均与实际情况一致。     

应用重力场模型GL1500E和LLR天平动参数估算月核大小及其组成

针对月核大小及密度估计问题,利用高分辨率重力场模型GL1500E的二阶位系数和LLR(lunar laser ranging)天平动参数,考虑月核分层为外核和内核的情况,结合非线性粒子群优化算法,对月核大小和组成进行了估计。大批量的统计结果表明,大概率分布的外核半径rc1约为469 km,内核半径rc2约为303 km,外核密度ρc1约为4613 kg/m3,内核密度ρc2约为7004 kg/m3,月幔密度ρm约为3340 kg/m3。月幔密度非常接近地质研究结果3360 kg/m3,内外核半径与近期其他研究结果相近,估算的月核大小与密度组成具有一定的参考价值。若月核由纯铁和硫化亚铁组成,则研究表明,内核大部分由纯铁组成,外核大部分由硫化亚铁组成。     

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。     

重力三层点质量模型的构造与分析

点质量模型理论是研究区域重力场的一个非常重要的方法,本文简要介绍了点质量模型逼近区域重力场的原理,计算分析了构造点质量模型过程中系数矩阵元素的特性。以32~34N和103~105E为计算中心区域,利用EGM2008的720阶次的位系数计算出的重力异常作为观测数据,在36阶次位系数模型的基础上,构造了四层点质量组分频段从低到高来逼近该区域重力场。数值试验的结果表明：三层点质量模型效果较好,点质量模型计算的扰动重力在径向上的截断误差优于2 .