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利用卫星跟踪卫星确定地球重力场的理论和方法

罗佳  
【摘要】:2000年以来,利用卫星跟踪卫星技术研究地球重力场取得了长足进步。而卫星跟踪卫星的研究可以追溯到30年前,多种方案(GRAVSAT、GRM等)被研究和讨论。但是直到鼓舞人心的CHAMP计划和GRACE计划的实施之后,才获得实用的卫星跟踪卫星数据用于全球重力场研究,使卫星跟踪卫星技术成为地学研究的热点问题之一。基于卫星跟踪卫星技术提供的丰富资料在重力场理论研究方面蕴含的巨大潜力,一系列有关卫星跟踪卫星的后续科学卫星计划(如GOCE、COSMIC等)被提上日程,地学工作者所期待地球重力场研究方面的巨大突破很可能在近期出现。作为卫星跟踪卫星的关键技术,星载GPS、高精度和高灵敏度星载加速度计和精密星间测距系统的使用。以及Galileo等后起GNSS的逐步建立等,使卫星跟踪卫星可以以较低的成本获取高精度静态地球重力场中、长波部分的信息和随时间变化的大尺度地球重力场信息。丰富的地球重力场资料除了可以在很大程度上满足大地测量学领域的需求之外,还可推动地球物理学、海洋学、地球水资源研究等领域的发展,极大的满足这些学科对地球重力场信息的需要。此外,卫星跟踪卫星所搭载的星载GNSS设备还可以利用掩星技术探测大气对流层和电离层,其成果可以应用于数值天气预报和电离层相关的研究。而且在设计利用卫星监测地震的计划中,卫星跟踪卫星也被认为是重要的技术手段之一。 卫星跟踪卫星(SST)技术有高低和低低卫星跟踪两种基本模式。高低卫星跟踪卫星(SST-hl)的思想源于20世纪60年代初中继卫星的设计,而低低卫星跟踪卫星(SST-ll)也是在20世纪60年代提出的。自SST思想的提出直到20世纪末,NASA,ESA等机构都提出许多卫星计划并进行了深入研究。但是这些计划都历经多次变迁。直到分别在2000年和2002年成功发射的CHAMP和GRACE卫星才标志着SST技术的正式实施。上述SST计划所展示的巨大潜力引起了广泛关注。并成为地学领域的研究热点。许多国家和地区都在筹备实施与SST有关的卫星计划。我国在SST方面进行了许多基础性的研究工作,但由于起步较晚、缺乏相关航天项目的支持,SST的相关工作还处于跟踪研究阶段。 本文在国内外有关SST研究的基础上,针对现实需要。对SST确定重力场的理论与方法进行了系统研究。以CHAMP和GRACE为例进行了SST的数据模拟和性能分析。


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