基于卫-卫跟踪观测技术利用能量守恒法恢复地球重力场的数值模拟研究

根据卫-卫跟踪观测技术的测量原理,基于能量守恒法建立了一种新的双星相互跟踪和三星相互跟踪的卫星观测方程.通过数值模拟,采用预处理共轭梯度法恢复120阶地球重力场.模拟结果表明:第一,双星相互跟踪恢复地球重力场的精度和美国喷气动力实验室公布的EIGEN-GRACE02S的结果相符合;第二,三星相互跟踪恢复地球重力场的精度较双星提高约2倍.

数值模拟估算低低卫-卫跟踪观测技术反演地球重力场的空间分辨率

从两个方面模拟研究了低低卫-卫跟踪观测技术恢复地球重力场的空间分辨率.利用重力位系数作为扰动量,积分30天的轨道,研究重力位系数变化引起低低卫-卫跟踪星间距离和速率变化,结果表明,对于地球重力场模型EGM96的前12 0阶,99 8%和97%的位系数扰动引起星间距离和速率变化的均方差大于1×10 - 5m和1×10 - 7m s ,并且星间距离观测值对地球重力场的反应更为敏感.不考虑非保守力误差的影响,用随机误差为1×10 - 5m和1×10 - 6 m s的星间距离和速率变化作模拟观测量,恢复了78阶地球重力场位系数,结果表明,采用随机误差为1×10 - 5m的星间距离恢复地球重力场的精度明显高于1×10 - 6 m s的星间速率结果,但是如果考虑非保守力误差影响,则星间测速的优越性大大增强.

联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的谱组合法

GOCE采用的高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度测量技术在恢复重力场方面各有所长并互为补充,如何有效利用这两类观测数据最优确定地球重力场是GOCE重力场反演的关键问题。本文研究联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的最小二乘谱组合法,基于球谐分析方法推导并建立卫星轨道面扰动位T和径向重力梯度Tzz以及扰动位T和重力梯度分量组合{Tzz-Txx-Tyy}的谱组合计算模型与误差估计公式。数值模拟结果表明,谱组合计算模型可以有效顾及各类数据的精度和频谱特性进行最优联合求解。采用61dGOCE实测数据反演的两个180阶次地球重力场模型WHU_GOCE_SC01S(扰动位和径向重力梯度数据求解)和WHU_GOCE_SC02S(扰动位和重力梯度分量组合数据求解),结果显示后者精度优于前者,并且它们的整体精度优于GOCE时域解,而与GOCE空域解的精度接近,验证了谱组合法的可行性与有效性。

SST-ll重力卫星轨道运动对K波段测距系统的影响

给出了物体作近圆椭圆轨道运动的近似运动学方程,并结合GRACE重力卫星的轨道参数,在没有考虑摄动效应的前提下,计算了双星的距离、相对速度以及双星连线的倾角,并讨论了这些量对K波段测距系统的影响。同时分析表明,2倍轨道频率的效应可望用于K波段测距和测速的在轨性能检验,这对于K波段研究具有一定指导意义。

基于轨道扰动引力谱分析的方法确定低低观测重力卫星反演重力场的空间分辨率

基于低低卫-卫跟踪重力卫星的轨道特性,从垂直和水平两个方向计算了重力卫星高空扰动引力,并根据其谱特性及星载加速度的测量噪声水平分析了重力卫星能反演重力场的阶数.利用EGM96重力场模型分别计算了400km、450km和500km轨道高度处重力卫星受到的扰动引力谱及扰动引力谱的平均量级,分析其垂直特性表明:在三个轨道高度处能分别能反演150、140和130阶的重力场模型.利用两颗同轨重力卫星相距220km的特性,计算了400km、450km和500km轨道高度处纬度相差2°的两颗卫星纬向扰动引力差,即扰动引力水平分量,分析其谱特性,表明:重力卫星能反演至117阶的地球重力场模型.

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。