SWARM卫星简化动力学厘米级精密定轨

联合星载GPS双频观测值与简化的动力学模型,在卫星运动方程中引入适当的伪随机脉冲参数,对SWARM卫星进行精密定轨。采用星载GPS相位观测值残差、重叠轨道以及与外部轨道对比等3种方法对SWARM卫星简化动力学定轨结果进行检核。结果表明：SWARM星载GPS相位观测值残差RMS为7～10mm;径向、切向以及法向6h重叠轨道差值RMS均在1cm左右,3个方向均无明显的系统误差。通过与欧空局（ESA）发布的精密轨道进行对比分析,径向轨道差值RMS为2～5cm,切向轨道差值RMS为2～5cm,法向轨道差值RMS为2～4cm,3D轨道差值RMS为4～7cm;SWARM-B定轨精度优于SWARM-A与SWARM-C。因此,采用简化动力学法与本文提供的定轨策略进行SWARM卫星精密定轨是切实可行的,定轨结果良好且稳定,定轨精度达到厘米级。

IGRF12和WMM2015模型在中国区域的精度评估及其适用性分析

利用中国大陆区域35个地磁基准台站2008~2015年的观测数据,结合高精度的地壳磁场模型NGDC-720,计算各台站观测值和地磁场模型值7个要素之间的差值。通过引入均方根误差,评估最新的国际地磁参考场模型IGRF12和世界地磁模型WMM2015在中国区域的精度及其适用性。结果表明,IGRF12模型与台站年均值的一致性吻合较好,但对于不同台站,IGRF12模型误差相差较大。WMM2015和IGRF12模型误差具有相似的空间分布特征,且地磁各要素差值的最大值、最小值和均方根误差十分接近,其中地磁偏角和总磁场强度的均方根误差优于16′和100nT。因此,在研究中国区域地磁异常时,IGRF12或WMM2015模型均可作为主磁场改正的参考背景场。

伪随机脉冲先验值对低轨卫星简化动力学定轨精度的影响

低轨卫星简化动力学定轨中引入伪随机脉冲可有效提高定轨精度,但伪随机脉冲先验值（时间间隔、先验标准差）会影响伪随机脉冲估值大小,进而影响定轨精度。基于GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星轨道分析伪随机脉冲先验值对单天解简化动力学定轨精度的影响,实验表明,时间间隔从240min减至6min,先验标准差从1×10^-4 mm/s增至1×10^-1 mm/s,伪随机脉冲总的估值大小由1×10^-2mm/s增至1×10^-1 mm/s,定轨精度从几十cm提高到2cm;当先验标准差大于1×10^-1mm/s,继续增加先验标准差,伪随机脉冲估值不变,定轨精度不再提高。因此,对于单天解轨道,时间间隔减小至6min,先验标准差增至1×10^-1 mm/s,伪随机脉冲估值增大,定轨精度提高;继续增大先验标准差,伪随机脉冲估值不变,定轨精度不再提高。利用不同高度的Swarm卫星验证了该结论的有效性。

地磁异常数据格网化最优方法

针对不同的格网化方法将影响地磁异常数据区域建模的精度,该文利用改进的谢别德法、克里格法、连续曲率样条法将空间分辨率为10′×10′的地磁异常数据内插得到2′×2′的地磁异常;并对这3种方法所获得的结果进行精度评定。结果表明,连续曲率样条法获得的结果最佳,其次是改进的谢别德法和克里格法。

局部重力异常向上延拓的实用算法

针对局部重力异常向上延拓计算复杂、耗时长的问题,该文基于泊松积分离散化的基本原理,提出一种快速的局部格网重力异常向上延拓的实用算法;并结合中国东北和青藏高原地区大地水准面的重力异常格网数据,采用该延拓方法分别计算了空中10、50、100km处的重力异常,将其与等高度的EIGEN-6C4模型结果对比分析。实验结果表明:在顾及边界效应影响的情况下,相对于EIGEN-6C4模型,中国东北和青藏高原地区重力异常向上延拓的最大均方根误差分别优于1.5和3.5mGal;在保证精度可用的前提下,计算效率可以有大幅度提高,证明了该方法解算局部重力异常向上延拓的适用性。

基于FIR滤波的磁静期电离层-磁层磁场信号分离

Swarm是欧空局第4个"地球探测者"任务,其主要目的是确定地球磁场及其时空演化特征。利用Swarm构建地球各圈层磁场模型的关键问题之一是对不同场源的地磁信号实施准确分离。以Swarm磁静期观测数据为例,采用FIR沿轨高通滤波对外源场信号进行处理,分析并给出了滤波器窗口长度的确定方法,利用欧空局2016年发布的MIOSHA2D和MMASHA2C电离层-磁层磁场模型验证了该方法的可行性。结果表明:FIR对外源场长波信号的滤波结果与模型改正结果的一致性吻合较好,在给定通带波长1 200 km、阻带波长3 000 km的情况下,将滤波器长度设置为87~129阶,可同时顾及水平方向和径向方向的滤波精度。