LEO星群探测地球重力场的性能分析

探索如何利用低成本的低轨卫星(low Earth orbit,LEO)星群的精密轨道资料探测地球重力场,并以COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere & climate)为研究实例初步分析了其覆盖性和方法的可行性。     

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。     

根据人卫激光测距、GRACE和地球物理模型求解地球低阶重力场季节变化

利用2002年4月至2010年10月的Lageosl和Lageos2激光卫星观测数据、GRACE以及地球物理模型3种独立的方法计算地球低阶重力场系数J2的变化△J2其中大气变化的贡献分别按反变气压计（IB）和非反变气压计（N旧）两种假设进行计算。通过分析△J2的季节特性可得：①在N旧假设下大气质量变化引起的J2变化的周年振幅比其在旧假设下引起的△J2变化的周年振幅大3倍左右,相位相差47°;②大气和陆地水的质量变化对△J2周年变化的贡献占主导地位,海洋的影响较小;③大气、海洋和陆地水质量变化引起△J2半年振幅和相位值与SLR得到的振幅和相位值吻合较差,尤其是在旧假设下大气得到的结果与SLR结果     

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。     

确定地球外部重力场的虚拟压缩恢复法

无论是Stokes理论、Molodenskii理论还是Bjerhammar理论,均不能根据给定边值(即给定地球表面的重力位或重力)求出外部重力场精确解。Stokes理论以大地水准面为边界,需要对大地水准面外部的物质(质量)进行调整,但我们不     

应用能量法反演地球重力场

分析了能量法反演地球重力场的原理和关键技术,研究了法方程矩阵求解和加速度计校准的方法,评述了能量法求取地球重力场需要注意的问题。     

利用GOCE模拟观测反演重力场的Torus法

在介绍Torus方法反演地球重力场模型的基本原理和方法的基础上,基于圆环面上均匀分布的卫星引力梯度模拟观测值解算了200阶次的地球重力场模型,在无误差情况下,Torus方法解算模型的阶误差RMS小于10-16,验证了该方法的严密性。利用61dGOCE卫星轨道上无误差的模拟引力梯度观测值解算了200阶次的地球重力场模型,分析了格网化误差、极空白对解算精度的影响,迭代3次后,在不考虑低次系数情况下,模型的大地水准面阶误差和累积误差均较小,最大值仅为0.022mm和0.099mm。在沿轨卫星引力梯度模拟数据中加入5mE/Hz1/2的白噪声,基于Torus方法和空域最小二乘法解算了200阶次的地球重力场模型,Torus方法的精度略低于空域最小二乘法的精度,在不考虑低次项的情况下,两种方法解算模型的大地水准面阶误差最大值分别为1.58cm和1.45cm,累积误差最大值分别为6.37cm和5.55cm。但由于采用了二维快速傅里叶技术和块对角最小二乘法,极大地提高了计算效率。本文数值结果说明Torus方法是一种独立有效的方法,可用于GOCE任务海量卫星引力梯度观测值反演重力场的快速解算。     

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。     

几个能量法获取地球重力场模型的关键技术分析

介绍了能量法恢复地球重力场的基本原理,并分别给出了在笛卡尔坐标空间、极坐标空间内的能量守恒公式,探讨了能量常数精度、计算方式与地球重力场反演精度的关系,并通过数值试验进行了计算分析。计算结果表明:对于低轨卫星,在不同坐标空间内转换引起的轨道误差为10-10m量级,对恢复地球重力场模型的阶误差RMS为10-21量级,可以忽略不计;为了获取厘米级的大地水准面,在解算过程中应该将扰动位期望为零时对应的估值作为能量常数初始估计值,将其残差作为未知数一并求解,且能量常数误差应优于0.1 m2s2。     

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。     

跟踪世界发展动态 致力地球重力场研究

比较系统、扼要地叙述了笔者所在单位40余年来坚持跟踪世界发展动态，致力于地球重力场理论和方法的研究，并从教学和生产需要出发，在地球重力场研究方面所获得的一些有理论意义和实用价值的成果。     

球谐函数变换快速计算扰动引力

在球谐函数变换基础上,利用新极下轨道的特殊性,在新坐标下引入Clenshaw求和计算轨道扰动引力。从理论上对比分析了传统方法、球谐函数变换方法和改进方法的计算速度和存储模型需要的物理空间。模拟试验分别采用3种方法计算了一段轨道的扰动引力,试验结果表明,改进的球谐函数变换方法比传统球谐函数变换方法计算速度可提高100倍,数据存储量仅占传统方法的3%。     

EGM2008地球重力场模型的可视化探究

利用EGM2008地球重力场模型可以将地球重力场解析化,由此我们可以十分方便快速地表示和计算重力异常、高程异常、垂线偏差等其它重力场参数。本文运用Surfer软件将EGM2008重力场模型可视化,获取了全球和局部地区重力场相关参数的等值线图、线框图、3D表面图、影像图。     

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.     

利用参考重力场模型基于能量法确定GRACE加速度计校准参数

利用多个参考重力场模型分别对GRACE一个月的实测加速度计观测数据进行检校。数值计算结果的比较分析表明了利用参考重力场模型确定加速度计校准参数是有效的。     

地球重力场与KBR系统频谱关系的建立与分析

以近极圆形轨道的SST ll为研究目标,利用解析的方法分析卫星间精密测距与地球重力场的频谱关系,得出了一般情况下300km高度的SST,星间距离每增加100km,恢复能力提高约10阶次;对于500km卫星高度的SST,星间距离每增加100km,恢复能力提高约5阶次的结论。研究成果可以为我国发展SST探测地球重力场的卫星计划提供参考。     

低轨道卫星重复周期的设计方法及其对重力场反演的影响

研究低轨卫星重复周期的设计原理,给出相应的计算公式。基于此对不同轨道高度卫星的重复周期进行数值仿真,并利用动力学方法分析不同重复周期轨道星下点轨迹的空间采样对重力场反演精度的影响。结果表明,卫星的重复周期与其轨道高度的变化并不成线性关系,并且在顾及重力场时间分辨率的情况下,长重复周期能够提高卫星地面轨迹的空间采样,为重力场解算提供较好的条件。     

应用格林积分直接以地面边值确定外部扰动重力场

以地面为边界的Molodensky问题通常得到的是级数形式的解,高阶项体现了地面边值到某一光滑面上的改正,在应用中不仅遇到计算的复杂性、稳定性问题,也存在对数据密集要求的困难。本文从推求外部扰动重力场的应用出发,将格林公式用于数字地形面,在忽略水平分量的积分影响的情况下,得到以地面重力异常和高程异常差为边值确定外部扰动位的表达式,其核函数分别为距离倒数和Poisson核。该方法不需要对地面数据进行延拓处理,且核函数形式简洁,适于外部扰动重力场的随机计算。