基于原子干涉测量技术的卫星重力梯度测量

原子干涉测量技术的发展促进了重力梯度仪技术的发展,使得在测量地球重力场方面有了新的方法,从而能够获得更高分辨率和精度的重力场信息。介绍原子干涉测量技术的基本原理和发展现状,对利用原子干涉重力梯度仪进行卫星重力测量的优势和可行性进行分析。

卫星重力梯度测量在海洋科学中的应用分析

简述了卫星重力梯度测量技术的基本原理和GOCE数据特点;基于三个不同的重力场模型,采用不同阶次,联合卫星测高平均海面高模型分别推算出全球海面地形,并对结果作了比较分析;探讨了卫星重力梯度测量技术在海洋科学各相关领域的具体应用前景,指出卫星重力梯度测量技术的发展将为海洋科学发展带来巨大的变化。

卫星重力梯度测量系统性能分析

卫星重力梯度恢复地球重力场的能力受到卫星高度、倾角、数据分辨率、测量误差等因素的影响.本文基于重力梯度仿真数据,采用空域最小二乘法场恢复地球重力,分析轨道高度、轨道倾角、数据分辨率、测量精度等因素影响地球重力场恢复的规律,进-步明确卫星重力梯度测量系统的设计指标,充分挖掘卫星重力梯度恢复地球重力场的潜能,指出测量误差是影响地球重力场恢复的关键因素.性能分析结果表明：随着轨道高度的降低、倾角的增大、数据分辨率的增大和测量误差的减小,恢复地球重力场的能力逐渐增强,为充分发挥卫星重力梯度测量系统的效能,建议选择200km～300km的轨道高度,轨道倾角大于88.,数据分辨率大于30km.本文成果可以为我国卫星重力梯度测量系统设计提供参考依据.

国际卫星重力梯度测量计划研究进展

本文首先阐述了重力梯度测量原理、从20世纪初到21世纪初重力梯度仪的研究历程、卫星重力梯度仪(静电悬浮重力梯度仪、超导重力梯度仪和量子重力梯度仪)的技术特征以及卫星重力梯度测量的特点;其次,介绍了基于卫星重力梯度技术恢复250阶GOCE地球重力场以及论证首先开展一维径向重力梯度仪的研制进而恢复高精度和高空间解析度中高频地球重力场可行性方面的研究进展;最后,建议我国尽早开展基于时空域混合法解算中高频地球重力场和卫星重力梯度测量系统误差分析的预先研究。

GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理

GOCE（gravity field and steady—state ocean circulation explorer）计划的主要科学目标是以70km空间分辨率、1mGal重力异常和1～2cm大地水准面的精度测定全球静态地球重力场，卫星重力梯度测量数据的预处理是实现这一预期科学目标的重要任务之一。讨论了重力梯度测量数据的预处理方案、时变重力场信号改正、粗差探测和外部校准方法，为进一步开展GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究提供参考和具体建议。

卫星重力梯度测量数据的粗差探测

分别讨论了阈值法、Dixon检验法和小波算法应用于卫星重力梯度数据粗差探测的效果。为了克服这3种单一粗差探测方法的不足,提出了卫星重力梯度数据的粗差探测组合方案,即联合Dixon检验和小波算法,以及联合Dixon检验、阈值法和小波算法的组合方案。模拟结果表明,两种组合方案均能有效改善粗差探测的效果。

卫星重力梯度测量中星载重力梯度仪潜在测量精度研究

目前卫星重力梯度测量精度主要受限于核心载荷重力梯度仪的噪声.要提高卫星重力梯度测量的精度,首先要发展更高精度的星载重力梯度仪.在该背景下,本文一方面针对已成功搭载GOCE卫星飞行的静电式重力梯度仪,基于静电控制的工作原理,探讨了静电式重力梯度仪测量精度的根本受限因素,分析表明,通过改进敏感探头的设计以及降低动态范围,静电重力梯度仪的极限测量分辨率可达0.3 m E/Hz1/2;另一方面,建议发展原子干涉型的星载重力梯度仪,在空间微重力环境下,其潜在测量灵敏度高达0.03 m E/Hz1/2,有望为未来完善50~100 km空间分辨率的全球重力场模型提供一种可能的技术途径.

卫星重力梯度测量中加速度计安装要求分析

静电重力梯度仪是重力梯度卫星的关键载荷,加速度计作为梯度仪的核心部件,其安装偏差直接影响到卫星重力梯度测量的分辨率.本文基于GOCE重力梯度卫星的测量原理与在轨L1b实测数据,分析了加速度计对的安装重合度与安装位置偏差对梯度测量的影响,给出了这些安装参数的标定精度需求,为载荷的安装与参数标定提供重要的理论依据.

卫星平台扰动对星载原子干涉重力梯度仪测量影响分析

面向未来空间应用,分析了卫星平台扰动对星载原子干涉重力梯度仪测量噪声的影响。其中卫星平台平动自由度的干扰加速度导致梯度仪质心偏差和梯度仪基线长度变化,卫星平台转动自由度的干扰加速度带来拉曼激光方向偏离,引入额外的离心力与科里奥利力。分析结果表明,对于卫星平动自由度,其干扰加速度贡献的原子干涉重力梯度仪测量噪声较小,可忽略不计;对于卫星转动自由度,可通过对卫星角运动的测量和补偿,将原子干涉重力梯度仪的测量噪声在0.1 Hz以下的测量频带内抑制到1 mE/Hz^(1/2)。所述研究将对未来原子干涉重力梯度仪的星载应用提供理论支撑。

卫星重力梯度恢复地球重力场的频谱分析

根据仪器功率谱密度和重力位系数阶方差的定义,本文建立了卫星重力梯度测量噪声功率谱密度与重力场模型的误差阶方差的直接对应关系,并基于此讨论了重力梯度测量精度、卫星轨道高度以及运行时间对地球重力场恢复精度的影响.相比于传统的基于最小二乘法评估卫星载荷噪声对地球重力场恢复精度的影响而言,本文提出的方法简单、直接,有助于快速设计和确定卫星重力测量计划的有关参数.

下一代高精度卫星重力测量技术研究

以下一代高精度卫星重力测量为背景,针对低低卫卫跟踪模式与卫星重力梯度测量模式,论述了下一代低低卫卫跟踪和下一代重力梯度测量卫星方案。下一代低低卫卫跟踪重力卫星采用纳米级星间激光测距替代原微波测距,同时降低轨道高度以提高重力场敏感度。下一代重力梯度测量卫星采用原子干涉重力梯度仪替代静电重力梯度仪,原子干涉重力梯度仪在空间有超高的潜在灵敏度,可进一步提高卫星重力梯度测量的精度。同时,突破现有牛顿力学框架下的卫星重力测量技术,提出了基于广义相对论引力钟慢效应的卫星重力测量技术概念,卫星遍历地球周围空间时,通过测量星上时钟频率变化获取全球重力分布。仿真结果表明:三种新型高精度卫星重力测量技术可恢复200~305阶的全球重力场模型。

卫星重力测量的主要方法和发展现状

利用卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量技术来测定全球重力场，是近几年重力场测量领域的一个发展重点。由这些卫星上的各种数据获得的地球重力场模型在精度和分辨率上都得到了很大程度上的提高。本文首先以CHAMP、GRACE、GOCE三颗卫星为例，介绍了当前卫星重力测量的主要方法、原则，对三颗卫星的特点进行了说明。同时对三颗卫星的组成部分、轨道参数、应用领域进行了介绍。对于由CHAMP、GRACE卫星数据生成的重力场模型，文中进行了分析、评价和比较。

GOCE卫星重力探测任务

通过分析利用卫星观测技术恢复地球重力场的现状与不足,论述了实施GOCE任务———地球重力场和稳态海洋环流实验的必要性;并阐述了GOCE任务的发展历史及现状、基本特点、组成部分、重力梯度测量原理、数据处理过程、误差特性,以及该任务在固体地球物理学、大地测量学、海洋学、冰河学等地球物理相关科学领域中的应用。

卫星重力探测技术与地球重力场研究

这是一篇综述性的文章 ,主要阐述了两个问题 :一是概述了 4种卫星重力探测技术的概念、发展情况和应用结果 ;二是阐述了基于卫星重力数据的地球重力场研究在理论和方法上应考虑的若干问题。

月球重力场模型研究进展和我国将来月球卫星重力梯度计划实施

本文介绍了基于国际探月观测数据建立的月球重力场模型:8×4、15×8、13×13、5×5、7×7、16×16-1/2/3、Lun60d、GLGM-1/2、LP75D/G、LP100K/J、LP165P、LP150Q和SGM90d;通过对比SST-HL/LL-Doppler-VLBI和SST-HL/SGG-Doppler-VLBI跟踪观测模式的优缺点,建议我国将来首期月球卫星重力测量计划采用SST-HL/SGG-Doppler-VLBI较优;其次,通过对比静电悬浮、超导和量子卫星重力梯度仪的优缺点,建议我国将来首期月球卫星重力梯度计划采用静电悬浮重力梯度仪;并建议我国将来首颗月球重力梯度卫星的轨道高度(50～100 km)选择在已有月球探测卫星的测量盲区,轨道倾角(90°±3°)设计为有利于月球卫星观测数据全球覆盖的近极轨模式。

原子干涉测量技术在大地测量领域中的应用分析

随着冷原子光学的发展尤其是原子干涉技术的发展，在测量重力场和定位定向等方面产生了新的方法手段，这将对大地测量领域产生很大的影响。本文首先论述了原子干涉技术的基本原理，进而阐述了原子重力梯度仪和原子干涉陀螺仪的设计结构，在此基础上分析了它在卫星重力梯度测量和惯性导航中的应用，指出利用原子干涉技术可以大大提高在上述方面的精度和可靠性。最后论述了现有原子干涉测量技术的不足和未来发展方向。

超低轨航天器气动设计与计算方法探讨

对于运行在150~300km高度的超低轨航天器,气动力是轨道与姿态控制须考虑的主要扰动因素。文章首先剖析了超低轨航天器气动构型的关键要素,提出了本体截面与长细比、翼面形状与布局的设计准则;从来流特性、气体-表面作用、航天器物理特性3个方面阐述气动建模的内容与方法;综合运用射线跟踪平板（RTP）与试验粒子蒙特卡洛（TPMC）2种自由分子流模拟方法,提出一种适合工程应用的气动计算与飞行仿真流程。最后,以重力梯度测量卫星为实例,开展了初步的方案设计、模型确认与方法探索,验证了气动建模与计算流程的正确性。文章所提出的气动研究思路,对超低轨航天器的气动设计、计算等工作,均具有一定的参考意义。