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《山东科技大学》 2004年
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由星载GPS数据进行CHAMP卫星定轨和地球重力场模型解算

郭金运  
【摘要】:卫星定轨是卫星任务顺利执行的关键,而地球重力场是低轨卫星受力的主要来源,对卫星的跟踪观测提供了更多的地球重力场信息,地球重力场模型精度的改善也提高了卫星定轨的精度。因此,卫星定轨和地球重丈场模型研究是相辅相成的。CHAMP是用于地球科学和大气研究及其应用的德国小卫星,其任务之一就是高精度地确定全球静态地球重力场长波长特征和重力场的时间变化规律。为此,需要由星载GPS数据进行CHAMP卫星的精密定轨。围绕着这些国际地学研究热点,本文的工作和创新点主要有: 1.回顾了重力测量和卫星重力探测技术的发展和应用,阐述了描述低轨卫星状态的直角坐标、Kepler根数、Hill根数和Equinoctial根数之间的相互关系,认为Hill根数和Equinoctial根数能够避免由卫星轨道奇异带来的计算问题,分析了低轨卫星的受摄运动,给出了摄动模型。 2.根据卫星运动微分方程和卫星跟踪观测量,探讨了卫星定轨问题,分析了卫星轨道积分的分析法和数值法,推导了多步CowellⅡ轨道数值积分公式。 3.探讨了星载GPS相位数据钟差改正的多项式拟合法,提出利用宽巷/窄巷法和连续求差法进行模糊度解算以及周跳探测和修复,分析了卫星姿态确定方法、GPS观测量的跟踪点改正模型、GPS天线相位中心改正和偏移改正模型;对CHAMP星载GPS数据和IGS跟踪站实际观测数据进行了处理,认为钟差可达ms级、星载GPS相位观测数据比IGS跟踪站的GPS数据周跳明显增多以及模糊度解算难度增大、GPS相位中心改正和偏移改正可达cm级(甚至更大)。 4.利用IGS跟踪站的GPS数据和星载GPS数据,给出了星载GPS相位观测量、星间相位单差观测量、星地相位双差观测量、星地相位三差观测量,用于卫星精密定轨和地球重力场模型解算。 5.分析了低轨卫星定轨和地球重力场模型解算的参数估计问题,推导了分块Bayes最小二乘参数估计公式,给出了观测方程、变分方程和GPS观测量的导数。 6.根据卫星动力学原理,由星载GPS数据和GS跟踪站的GPS数据构造星地相位双差观测量,对CHAMP卫星进行实际定轨,与德国GFZ的PSO相比,本文定轨径向精度为0.2857m;经过重叠轨道比较和分析,本文重叠轨道径向精度为0.0958m;进行了轨道端点比较,端点轨道径向精度达到0.0666m。 7.根据动力学原理,利用1个月的CHAMP几何定轨结果,采用两步法,解算了一个完全到70阶次的地球重力场模型GGM01S。与EGM96(完全到70阶次)相比,GGM01S的大地水准面起伏精度不超过0.2186m,重力异常精度不超过1.2735mgal。与EIGEN1S(完全到70阶次)相比,GGM01S的大地水准面起伏的精度不超过0.9804m,重力异常精度不超过8.0429mgal。 8.利用1年的CHAMP卫星几何定轨结果,由动力学方法,解算了低阶地球引力位系数时间序列,给出了J_2、J_3,和地心运动的时间变化规律。J_2的变率为 山东科技大学博士学位论文 摘要 jZ二一0.783、10一,’/m onth,J、的年变率为j,=一0.5、10一,,/month,jZ为负说明 地球动力学形状变得越来越圆,人为负说明地球的梨形增强。地心运动的结果为: X方向为8.4mm,变率为X二2.smm/month;Y方向为4.omm,变率为 夕=一l.gmm/month;z方向为5.omm,变率为才=一o.smm/month。
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P223

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【引证文献】
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4 郭江;能量守恒法应用于GOCE卫星数据解算[D];西南交通大学;2011年
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 张大勇;马孝林;王康宁;;GPS-RTK技术在土地开发整理中的应用[J];现代农业科技;2011年19期
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4 唐晓梅;;浅析卫星多媒体宽带应用中的信息安全技术[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
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7 李博;唐斌;周田;张旺;;不同星历产品对GPS定位精度影响的分析[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
8 白羽;张军;李锐;;电离层延迟模型区域优化技术研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S05卫星导航增强与完好性监测[C];2012年
9 杜晓辉;施浒立;裴军;胡正群;;广义延拓插值法在CAPS虚拟卫星定位中的应用[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S05卫星导航增强与完好性监测[C];2012年
10 陈联裙;张群;张锦水;潘耀忠;;实割实测数据支持下的县级尺度冬小麦产量遥感估测[A];全国农业遥感技术研讨会论文集[C];2009年
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5 彭富清;海洋重力辅助导航方法及应用[D];解放军信息工程大学;2009年
6 秦显平;星载GPS低轨卫星定轨理论及方法研究[D];解放军信息工程大学;2009年
7 吴星;卫星重力梯度数据处理理论与方法[D];解放军信息工程大学;2009年
8 蔡华;GNSS大网实时数据快速解算方法应用研究[D];武汉大学;2010年
9 王建强;弹道学中的地球重力场若干理论问题研究[D];武汉大学;2010年
10 吴云龙;GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究[D];武汉大学;2010年
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1 黄鹏;市级大地水准面精化的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
2 高峻;地壳高程方向周年运动特征的监测与研究[D];山东科技大学;2010年
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6 杨书大;基于垂线偏差的区域大地水准面精化研究[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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8 林胜良;病态线性方程组解法研究[D];浙江大学;2005年
9 周保兴;GPS数据预处理方法研究及其应用[D];河海大学;2005年
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【二级引证文献】
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2 徐克红;王赫;王永富;;基于SLR的GRACE卫星定轨中重力场模型对轨道精度的影响[J];测绘工程;2011年03期
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【相似文献】
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10 李姗姗,刘雁雨;利用地球重力场模型计算CHAMP卫星参考轨道[J];测绘学院学报;2003年03期
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1 宋雷;赵曰瑕;王成华;;CHAMP卫星历元间能量差分法恢复地球重力场[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
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4 区家明;杜爱民;;中国地区CHAMP卫星高度地壳磁异常模型[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
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6 周旭;万卫星;赵必强;乐新安;任志鹏;;基于CHAMP卫星观测数据对热层大气密度的经验正交分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(下)[C];2011年
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10 刘晓刚;GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法[D];解放军信息工程大学;2011年
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1 周建;基于GPS非差观测值的CHAMP卫星约化动力学定轨方法研究[D];解放军信息工程大学;2011年
2 吴显兵;星载GPS低轨卫星几何法定轨及动力学平滑方法研究[D];解放军信息工程大学;2004年
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5 郭淑艳;星载GPS数据预处理及CHAMP精密定轨[D];山东科技大学;2006年
6 益鹏举;低轨遥感卫星精密定轨研究[D];山东科技大学;2010年
7 吴媛;磁暴期间热层大气密度扰动特性的模拟研究[D];南京信息工程大学;2013年
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9 郭江;能量守恒法应用于GOCE卫星数据解算[D];西南交通大学;2011年
10 郭振华;约化动力学定轨理论与实践[D];山东理工大学;2012年
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