中国区域SST卫星重力场模型精度分析

通过比较最新SST地球重力场模型EIGEN_GRACE02S、GGM02S和EGM96模型在中国区域与WDM94模型重力异常残差的差异，分析差异产生的原因及分布，研究新一代卫星重力方法对于提高区域重力场模型精度的潜力以及存在的问题。结果证明，卫星跟踪卫星方法对于现有模型中低阶部分有明显改善。     

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。     

海洋重力场特征统计模型计算与分析

海洋重力场特征参数在地球重力场逼近计算和海上测量优化设计中具有重要的应用价值。基于卫星测高重力在海域具有覆盖范围广且分布均匀的独特优势,提出了利用最新卫星测高重力数据集开展海洋重力场特征统计模型计算和分析的研究方案,给出了代表误差和协方差函数模型参数的计算公式,定义并研究了海洋广义布格重力异常的变化特征,提出了等精度和非等精度拟合经验协方差函数的计算模型。利用中国近海及西太平洋海区超过50万个5'×5'方块的1'×1'网格卫星测高重力异常数据,首次计算得到一组有代表性的中国周边海域重力场特征统计模型参数,较好地揭示了海洋重力场有别于陆地重力场的变化特征,利用海面船测重力数据对计算结果进行了可靠性检核,提出了相应的模型参数修正方案和使用建议。     

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。     

重力卫星及其应用进展

现代大地测量学的重要任务之一就是确定地球重力场模型和大地水准面,卫星重力计划就是基于这一任务的。本文简要介绍了重力卫星发展的现状及其局限性,在发射时间、轨道倾角和主要星载设备等方面比较了CHAMP,GRACE和GOCE三颗重力卫星,最后简述了它们在地质构造、海洋学以及资源勘探等方面的最新应用,显示了重力卫星在科研和生产中不可替代的重要作用。     

卫星重力测量

确定高精度和高分辨率地球重力场模型是现代大地测量的基本目标之一,卫星重力计划就是基于这一目标实施的。文章简单地评述了卫星重力的发展现状,介绍了三颗专用的重力卫星,给出了卫星重力测量的基本原理,最后比较了几种由重力卫星资料得到的地球重力场模型。     

Swarm卫星精密定轨与加速度法恢复地球重力场

CHAMP卫星和GOCE卫星分别于2010年和2013年坠落,GRACE卫星仍然超预期运行,随时会坠落,而后续重力卫星计划GRACE Follow-On预计2018年发射,在此期间,Swarm作为唯一的低轨重力观测卫星,将填补重力卫星观测的空白。本文对Swarm卫星精密定轨与加速度法恢复地球重力场进行了研究,实现了Swarm卫星运动学厘米级精密定轨和简化动力学厘米级精密定轨,并基于加速度法恢复了Swarm地球重力场模型。     

星载重力测量和固体地球的透视

为了进一步改进地球重力场模型 ,美国科学院 (NRC)于 1997年提出一个报告 ,号召美国和欧洲学者们组成一个由空间探测地球重力场委员会。他们评比了大约 10个计划的或想象的卫星重力任务 ,最后提出了 5种卫星重力任务的方案 ,称为专用重力任务。本文介绍这 5种任务的内容以及地球科学将由这些任务获得重大进展的研究领域。     

国际新一代卫星重力探测计划研究现状与进展

回顾了卫星重力探测技术的发展,讨论了当前卫星重力计划CHAMP、GRACE、GOCE研究现状和存在的主要问题,评述了国际下一代4个卫星重力计划E.motion、GRACE-FO、NGGM和GETRIS的最新研究进展,并介绍了SWARM卫星星群任务在地球重力场研究中的作用和地位,最后对我国未来卫星重力计划的实施提出了几点建议。     

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。     

多源卫星重力场模型精度与频谱分析

针对新一代卫星重力探测技术对地球重力场的频谱贡献问题,该文提出了一种基于GPS/水准数据获取多源卫星重力场模型频谱变化特征的方法。采用GPS/水准外符合检验,有效分析评估了多源卫星重力场模型在中国东、西部地区的精度水平。研究结果表明,以CHAMP、GRACE和GOCE卫星为代表的高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度技术,对地球重力场的频谱贡献分别集中在600km以上的长波和中长波、300km以上的中波、200~350km之间的中短波部分。     

球近似下地球外空间任意类型场元的地形影响

传统的重力归算方法只适用于地球表面上的重力异常,不能用于扰动重力、垂线偏差、重力梯度等其他类型扰动重力场元,不适合处理除地面外其他高度上场元的地形影响问题。当前,地球重力场探测的场元类型越来越丰富,探测的高度也逐渐转向航空和卫星高度,精确处理地球外空间各种类型重力场元的地形影响已成为地球重力场领域面临的重要课题。本文通过直接分解由地形生成的具有调和性质的引力场,从而导出地球外空间任意高度、任意类型扰动重力场元的地形影响,在此基础上给出在球近似下地形影响的严密算法和高精度快速算法。利用本文推荐的地形影响计算方案,可以方便地处理各种类型地面重力、海洋重力、航空重力、卫星重力、卫星测高数据的地形影响,从而丰富重力场数据处理的内涵,改善地球重力场算法的性能。     

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。     

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     

现有SST重力场模型的比较研究

分析了最新的卫星跟踪卫星（satellite—to—satellite tracking，SST）地球重力场模型EIGEN系列和GGM系列在欧洲大陆部分与GPM98C模型重力场异常残差的差异，研究了新一代卫星重力方法对于提高区域重力场模型精度的潜力以及存在的问题。比较结果说明，SST重力场模型的较高阶部分精度不理想，而在中低阶部分，SST模型表现出在原有经典重力场模型中并未包含的信息。     

卫星重力梯度数据重力异常的精度分析

针对GOCE卫星确定的地球重力场模型精度的不确定性,对比分析GOCE位模型与多个不同重力场模型确定的重力异常,并将其分别与船测重力数据、南极航空重力数据、北极重力数据以及美国和中国台湾地面重力数据比较研究。结果表明:GOCE位模型的内符合精度最高,与地面重力观测数据符合最优;与船测以及航空重力测量符合相对较差、精度较低。研究表明,在一定精度前提下,GOCE卫星确定的重力数据可用于无人区,从而提高重力观测数据的覆盖率。     

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.     

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。     

大地重力学的新进展

介绍了当前利用卫星探测地球重力场的技术及其实践,也就是目前采用的高轨卫星追踪低轨卫星技术(hl-SST)、低轨卫星追踪低轨卫星技术(ll-SST)、卫星重力梯度测定技术(SSG),及其相应的正在运行的CHAMP、GRACE、GOCE卫星和考虑发射的GRACEFollow-On卫星。运行的三颗卫星所提供的地球重力场信息不论在精度和分辨率方面都是大地重力学的一个重大进展。介绍了地形数据在构建地球重力场模型中的作用和美国SRTM对全球地形数据的测量。最后介绍了EGM2008与我国已有大陆重力值的比较,平均差值约为11mgal,与我国大陆现有的高程异常值的比较,平均差值为27cm左右。     

精化全球重力场的目标和技术的发展

研究地球重力场及其变化是大地测量学一项重要任务。国际大地测量协会专题研究组ＳＳＧ３．１７７提出了构制综合地球重力场模型的目标,该模型表示大地水准面的精度要达到１毫米,表示重力异常精度为１微伽。现状与此相差甚远,办有大力开发利用窨重力测量技术才能实现这一目标。文中综述了航空重力测量和卫星重力测量的进展情况。