利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据推求地球重力场模型

本文紧密结合当前卫星重力测量技术的发展需求，围绕利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复地球重力场展开研究，重点在CHAMP数据预处理、重力场恢复、正则化算法等方面进行了理论和实践上的系统研究，建立了一套完整的CHAMP重力场恢复理论和算法。论文的主要内容和创新点概括如下：     

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.     

利用CHAMP卫星星历恢复引力位模型的模拟研究

对CHAMP卫星星历恢复引力位模型的精度,使用3种方法和不同积分弧长作了模拟计算,结果表明,采用正则化方法并扩展积分弧长将有助于提高解算位系数的精度,预期CHAMP卫星观测将使现有引力位模型低阶位系数的精度提高1~2个数量级     

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。     

SGG重力场球谐系数正则解的误差估计方法

重力梯度为重力位的二阶导数,可以通过星载梯度仪进行观测。重力场球谐函数系数可以通过正则化方法由重力梯度算出。本文在对正则化方法分析的基础上提出了估计球谐函数系数正则解误差的方法,为我国今后发射重力梯度卫星提供技术准备。     

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据推求地球重力场模型

本文紧密结合当前卫星重力测量技术发展需求,围绕利用CHAMP轨道和加速度计数据恢复地球重力场展开研究,重点在CHAMP数据预处理、重力场恢复、正则化算法等方面进行了理论和实践上的系统研究,建立了一套完整的CHAMP重力场恢复理论和算法.论文的主要创新点有:     

CHAMP星载加速度计数据(0.1Hz)处理与分析

对2002年第001d到第100d的加速度计数据进行了处理,并将其由加速度计轴系坐标系(IFX)转换到协议惯性系(CIS),分析了观测数据的质量及相关改正的效果,针对加速度计应用于地球重力场研究进行了讨论,并提出了有益的建议。     

利用CHAMP科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场

基于卫星动力学理论,采用德国地球科学中心GFZ提供的CHAMP精密轨道数据和星载加速度计数据,反演了36阶地球重力场模型CDS01S。用不同模型之间的位系数差比较模型CDS01S、EIGEN3P、EIGEN1S及EGM96,表明CDS01S模型的位系数最接近于EIGEN3P;比较上述几种模型的位系数精度,表明CDS01S模型的位系数精度高于EGM96;用CDS01S和GGM01C的前30阶位系数分别计算全球2°×2°网格的大地水准面起伏,两者之间的标准偏差为4.7 cm。     

由CHAMP星载GPS相位双差数据解算地球引力场模型

利用7 d的CHAMP星载GPS相位观测数据和48个IGS跟踪站的观测数据,构造星地双差相位观测量,进行GPS数据预处理;利用CowellⅡ数值法进行轨道积分和分块Bayes最小二乘参数估计,解算了地球引力场位系数。该模型与EGM96相比(70阶次),大地水准面起伏差异最大为2.872 m,差异精度为0.522m,平均差异为/0.003 m,这说明本文解算的地球重力场模型与EGM96没有系统性差异。     

武汉CHAMP站的建立以及CHAMP任务的应用

介绍了武汉HR/LL站的建立和构成,探讨了CHAMP任务的应用前景,并比较了IGS武汉站和CHAMP武汉站的相关功能。     

利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道

结合CHAMP卫星观测数据的动力法反演，研究了CHAMP卫星参考轨道的数值方法。分别通过利用40～50阶重力位系数模型计算轨道，并与业已公布的卫星轨道数据进行比较，结果表明，CHAMP(低轨)卫星轨道对重力场低频部分的敏感度较大，考虑低阶(40阶左右)重力场模型计算的卫星参考轨道精度较高。     

Evaluation of CHAMP satellite orbit with SLR measurements

The technique of Evaluating CHAMP satellite orbit with SLR measurements is presented. As an independent evaluation of the orbit solution, SLR data observed from January 1 to 16, 2002 are processed to compute the residuals after fixing the GFZ's post science orbits solutions. The SLR residuals are computed as the differences of the SLR measurements minus the corresponding distances between the SLR station and the GPS-derived orbit positions. On the basis of the SLR residuals analysis, it is found that the accuracy of GFZ' s spost science orbits is better than 10 cm and that there is no systematic error in GFZ's post science orbits.     

Evaluation of CHAMP satellite orbit with SLR measurements

The technique of Evaluating CHAMP satellite orbit with SLR measurements iS presented. As an independent evaluation of the orbit solution, SLR data observed from January 1 to 16, 2002 are processed to compute the residuals after fixing the GFZ＇s post science orbits solutions. The SLR residuals are computed as the differences of the SLR measurements minus the corresponding distances between the SLR station and the GPS-derived orbit positions. On the basis of the SLR residuals analysis, it is found that the accuracy of GFZ＇ s post science orbits is better than 10 cm and that there is no systematic error in GFZ＇s post science orbits.     

利用SLR检核CHAMP卫星轨道

初步研究了利用SLR检核CHAMP卫星轨道的方法。采用2 0 0 2年1月1日到16日的SLR观测数据对GFZ提供的事后科学轨道进行了检核实验,实验结果表明,GFZ事后科学轨道没有明显的系统偏差,其精度优于10cm。     

Time Series Correlated Error''''s Simulation Scheme with the Application to Simulate the Ephemerides Error of CHAMP

Computer simulation experiment is very important in the phase of project design, the availability of simulated result highly depends on the scheme of error simulation. Time series observations are normally correlated. This paper first discusses the formula of correlated error propagation, then derives the formula of simulating time series correlated errors. This formula is then used to simulate correlated ephemerides errors of CHAMP, then the ephemerides are used to recover the gravity vector at satellite altitude with finite differential formula. The formulae derived in this paper are verified with the difference between the recovered gravity vectors and the `true values' which are directly computed with the same gravity model as that generating the ephemerides.     

CHAMP卫星cm级精密定轨

在卫星定位导航数据综合处理软件(PANDA软件)的基础上,解算了2002年年积日126~131 dCHAMP卫星的精密轨道,并通过与GFZ精密轨道的比较、GPS观测值的验后残差和SLR观测值检验等3种方式进行了轨道精度的评估。结果显示,本文的轨道精度在径向为4~5 cm,切向和法向为6~8 cm。