卫星轨道摄动与地球重力场之间的关系

本文描述了地球重力场对卫星的非球形摄动影响的基本原理,以高轨道GPS卫星和低轨CHAMP卫星为例,给出了数值计算结果与分析.     

低轨重力卫星现状及其重力场模型精度分析

文章介绍了低轨重力卫星探测理论及技术的发展,目前已经发射的低轨卫星CHAMP、GRACE、GOCE的状况,以及各重力卫星的搭载、主要探测应用目标。介绍了地球重力场模型的发展,并介绍了利用已有的低轨重力卫星数据反演的重力场模型,对部分低轨重力卫星所获取的重力场模型的精度进行了分析。我们认为低轨重力技术还有很大的发展空间,低轨重力卫星重力场模型高阶项的系数阶方差是逐渐增大的,其精度有限,低阶的位系数精度是比较可靠的。而在南北极地区,应用高阶次的球谐系数是可行的。     

人类对地球形状认识的辩证过程

在系统讨论了人类对地球形状认识的复杂历史之后,作者认为这是一个“否定之否定”式的螺旋状上升过程,即“非球→球→非球…”的过程。在经历了5次“非球→球”的认识反复之后,目前人类已跨入对地球本身便存在着“球(?)非球”的动态变化过程的认识这个崭新的阶段。     

基于天琴一号观测数据反演地球重力场模型

天琴一号卫星搭载了静电悬浮加速度计、GNSS接收机和星象仪,可实现地球重力场探测的高低卫星跟踪卫星技术．这里利用自主研制的动力法反演软件,采用天琴一号(TQ-1:Tianqin-1)30 h观测数据反演了截断至15阶次的静态地球重力场模型,计算结果表明:TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型在15阶次内的信噪比均大于1,说明利用TQ-1数据具备实现15阶次地球重力场的反演能力;通过与包含8 a高低卫星跟踪卫星观测信息的AIUB-CHAMP03S模型对比可知,利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型位系数误差整体优于10^-8量级;通过与包含13 a低低卫星跟踪卫星观测信息的HUST-Grace2016s模型对比可知,利用TQ-1卫星数据反演的地球重力场模型可获取全球格网重力异常和全球格网大地水准面信息,二者空间分布特征较为一致．计算结果为采用我国自主研发的高低卫星跟踪卫星技术获得的首个地球重力场模型,表明我国具备了采用该技术获取地球重力场模型的能力,可为发展我国自主研发的重力卫星提供重要技术参考．     

基于EGM2008地球重力场模型的GPS高程转换研究

针对地形起伏较大地区纯粹采用数值逼近方法进行GPS高程转换精度不高的事实,提出了一种在＂移去—拟合—恢复＂思路的基础上,综合利用EGM2008地球重力场模型和数值逼近算法进行GPS高程转换的方法。通过贵州某段高速公路首级测量控制网实例验证了该方法的有效性和实用性,证实该方法在地形起伏较大的重山区能够达到较高的精度。     

重力场流分离效果影响因素Ⅱ

依据重力场流分离理论的原理、理论模型和重力场流分离过程中描述颗粒运动的迭代方程,针对影响重力场流分离效果的因素重力场流分离微流道的形状和空间角度进行了模拟计算,并对结果进行了分析和总结.     

应用卫卫跟踪数据恢复地球重力场的模拟分析

探讨了应用卫卫跟踪(SST)卫星星历、星间距离和星间距离变率数据来恢复地球重力场的数学模型和算法,利用卫星动力学法恢复了直到40阶的地球重力场模型.结果表明:在仅模拟5 cm轨道误差、10μm星间距离误差及1μm.s-1星间距离变率误差的情况下,采用星间距离恢复的结果比采用星间距离变率恢复的结果精度要高,说明SST距离测量比SST距离变率测量对重力场的扰动更敏感.     

地球自转对地球重力场时变特征影响的理论研究

 精密和详细测定地球重力场及其时间变化,是目前卫星重力测量的主要课题.地极移动和日长变化导致地球引力位系数产生时变特性并引起重力的摄动.根据理论力学的基本概念,详细推导了由于地球自转引起的地球引力位系数变化、重力摄动和垂线偏差的表达式,并定量地研究了极移和日长变化对测站重力观测值的影响.同时基于EGM96地球引力位模型,给出了地球引力位系数C₂¹和S₂¹的理论公式.研究表明在高精度的空间大地测量中要顾及到地球自转变化引起的一系列效应.     

应用经验正交函数分析方法研究地球重力场时变特征

利用Grace(Gravity Recovery And Climate Experiment)106个月连续重力异常数据,基于经验正交函数分析方法,分析了重力异常时变特征,得出了地球重力场时变信号主要起源于海水质量的移动,位于南纬40°与北纬40°带之间的结论.     

高分辨率地球重力场模型DQM

地球扰动位的球谐展开式表示是地球重力场模型应用最广泛的一种表示方法。目前通用的位系数模型的分辨率是0.5°，最高完全阶次为360。由于全球重力数据覆盖的密度和数据精度差别较大，所以已知的重力场模型的实际分辨率及其精度也因地区而异，故重力场模型的精化是一个漫长的过程，局部积分谱权综合法是改善已知重力场模型的有效而简便的方法。基于重力场模型OSU91A及EGM96，利用我国15′×15′及5′×5′重力异常，我们解算了更高阶次的地球重力场模型DQM99A、B、C、D四个模型，给出了精度比较分析结果。     

利用空间大地测量技术研究地球动力学最新进展

空间大地测量以高精度，高时空分辨率测定地球整体（地球自转）和各圈层（特别是大气，海洋与地壳）的运动，使地球动态变化的监测，研究及应用呈现了崭新的面貌，本文介绍了近年来国际地球动力学最新发展概况，内容包括地壳运动，地球自转，重力场时间变化等。     

重力场中的气温公式

通过对重力场中的温度分布的研究,导出了重力场中的温度梯度公式,并利用该公式推出了重力场中的气温公式,描绘了地球周围低高处大气温度随高度变化的近似曲线.     

利用超高阶重力场模型检测水准测量粗差的方法研究

当前水准测量仍然是高精度高程控制测量的首选方法,本文针对目前水准测量粗差缺乏有效检测方法这一问题,提出了基于超高阶重力场模型的粗差检测方法．以2个控制网为例展开研究,实验结果表明:1）EGM2008与EIGEN-6c4重力场模型均具有较高精度,应用上述2个模型计算的A、B测区测段粗差显著水平系数K满足三等限差K的比例≥78%,满足四等限差K的比例≥95%,显然高精度地球重力场模型为水准粗差检测提供了可能性;2）该方法应用于水准粗差检测效果良好,水准粗差越大,粗差检测的成功率就越高;3）采用移去-恢复法计算模型正常高后,该方法粗差检测的成功率有所提升．      

再论重力场中大气粒子的分布规律

本详细地分析了地球大气系统粒子的数密度的分布规律，从中发现：（1）该系统的平衡条件有别于一般热力学系统的平衡条件；（2）该系统粒子数密度分布规律不仅与系统粒子的平均速度和所在处的重力势能有关，而且还与系统的湿度和速度的距离梯度有关，也与系统的整体运动速度有关。     

卫星重力梯度精化局部重力场的径向基函数法

针对球谐函数方法构建全球重力场模型不能顾及重力场局部特征差异的问题,提出了一种基于卫星重力梯度数据精化局部重力场的径向基函数方法及数据处理方案．以北美地区为例,采用GOCE(地球重力场与静态海洋环流探测)卫星重力梯度数据和ITG-GRACE2010S模型法方程反演的全球重力场为背景模型,通过频域内定权的级联滤波方法抑制重力梯度低频系统误差和有色噪声,基于球面样条核函数和分区正则化策略构建了更符合区域特征的局部重力场模型．利用高精度的GOCO06S模型和GPS(全球定位系统)水准数据进行检核,结果表明:构建的局部重力场模型比同期数据解算的全球重力场模型精度更高,并且新版GOCE数据的解算精度明显优于旧版．     

利用重力卫星数据恢复地球质量迁移方法的研究

利用卫星重力数据反演地球质量迁移一直是地球物理研究领域的重要课题。主要讨论了基于重力场球谐函数反演地球表面质量变化的基本理论,推导了反演模型的基本理论公式。利用GRACE月重力场数据对反演模型公式进行了试算;并将试算结果与CPC和GLDAS模型数据进行了比较。比较结果表明:该反演模型能很好地反映某区域水储量变化,具有较好的适用性和精确性。     

重力场中的拋物运动

本文定量地论述了在只计重力作用的条件下平抛和斜抛物体的运动是匀变速曲线运动,并指出和纠正了学生中容易混淆和模糊的几个物理概念。     

月球重力场模型研究进展及展望

第一,整理了自人类开始探月以来所有和月球重力相关的探测卫星,以及自学者开始研究月球重力场以来所有重要的月球重力场模型。第二,根据探月跟踪模式的发展过程,详细介绍了各阶段跟踪模式的原理,并以示意图的形式展现,同时列举了各阶段跟踪模式下的重力场模型。第三,对月球重力场反演方法进行了介绍,主要包括短弧积分法和天体力学法。第四,对各个探月阶段具有代表性的重力场模型进行介绍,主要包括：8×4重力场模型、Lun60D、LP165P、SGM100i和GL0420,并进行了精度对比,发现最新一代模型精度比之前提高了4个数量级。第五,介绍了本团队在月球重力探索方向研究进展。第六,介绍了月球重力场模型在探究月球内部构造和卫星定轨方面的应用,并结合现代技术以及目前重力场反演的不足,提出以后可以改进的方案：应用重力梯度仪和获取月球表面真实重力数据。