卫星重力测量发展历程
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监测地球重力场的GRACE卫星
据《美国太空总署新闻》报道,美国太空署一项研究计划将再度带领人类探索重力的
奥秘。这项命名为GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)的任务,将持续5年
精确记录地球重力场的变化。
预计于2001年年底前发射升空的GRACE,包含两个完全相同的卫星,这两颗卫星将
在轨道上相距220公里,并且在距离地面500公里的轨道上运行。卫星上配置的精密科学
仪器,能够精确测量两颗卫星之间的距离,进而侦测出重力场的变化。科学家指出,GRACE
所获取的资料将会彻底改变人们先前对于地球构造、海洋与气候的认知。
研究人员表示,重力有两项迷人的特质。首先就是它的恒常性。地球是一颗十分均匀
的球体,重力几乎在各处都相同。在地球上不同地点,你所量到的体重都差不多。不过,
如果你仔细观察,你会发现其中某些变化。GRACE就是打算对重力场的变化进行非常高
精度的测量,这样的测量对于海洋学家来说十分重要。他们想要知道所见的海洋地形,其
中有多少是由重力而非洋流塑造而成。
另一个让科学家感兴趣的特质就是,重力不是永久不变的,而是会随着时间而改变。
例如,地球极区的冰在过去比较多,这些冰的重量让地球在两极的方向较为扁平。现在由
于部分的冰融化,原本被重压的陆地反弹而上升,例如加拿大北部就正在上升中。这使得
地球变得更接近完美的球体,这点可由重力场的变化而得到印证。因此,地球内部一些极
为缓慢的变化的同时也会造成重力场发生变化。重力随时间的变化正是GRACE所要监测
的目标。
通过GRACE精确的测量,人们将能够得知地下水层的深度,并且实际看到海平面的
变化。此外,人们也将能够测量出冰层的重量。科学家指出,这是一门全新的学科,人们
正要开始发掘它的应用。
重力测绘卫星(GRACE )
从3月开始,在500公里的高空,两颗相距220公里的
卫星开始测量地球各地的微小重力差异,这些细微的引力变
卫星重力测量-基础、模型化方法与数据处理算法
作者简介:张传定,男,1966年04月出生,1996年09月师从于解放军信息工程大学陆仲连教授,于2000年12月获博士学位。
摘 要
论文的中心内容是卫星重力测量中如何由星载传感器获得的观测数据恢复地球重力场这一过程的模型化问题。旨在吸取前人的研究成果,提出更加合理的数据处理模型。论文最突出的贡献是,改造并完善了大地重力学、空间大地测量、卫星轨道力学等学科模型化的理论与方法以适应卫星重力测量这一新型观测技术。作者的主要工作和创新点有:
1.在综合卫星重力测量有关最新研究成果的基础上,系统地论述了动态加速度测量、卫星重力梯度测量的基本原理;论证了它们的测量精度与姿态角加速度的关系以及卫星重力测量系统最终恢复地球重力场能力的判定准则;深入理解并掌握了现行SST、SGG卫星CHAMP、GRACE、GOCE各项指标及恢复地球重力场各频段的精度指标。
2.简要介绍了卫星重力测量中所涉及到的曲线坐标系下矢量、张量与曲线坐标之间的微分关系、坐标系之间的变换关系以及它们的矩阵表示。详细研究了在地球重力场确定中常用的关于研究点P和流动点Q相互关联的球极坐标系,给出了球极坐标系下地球引力位V关于P点和关于Q点的微分公式以及它们与球坐标系下局部微分算子的关系。深入研究了关于P和Q两点局部导数算子的相互作用问题,得到了扰动场元之间核函数和协方差函数的解析与级数展开式,首次给出了较为实用的明晰表达式。此结果是对物理大地测量学关于这一论题的补充和完善。这项工作是本文的一个创新点。
3.详细推导了地球、卫星、加速度传感器检验荷载这一特殊限定性三体问题的运动方程;指出星载加速度传感器的输出就是卫星所受非引力加速度和检验荷载相对于卫星中心地球引力的潮汐力之差;进而得到了由星载加速度传感器的比力测量和GPS跟踪测量数据直接恢复地球引力矢量的理论公式。
4.通过对扭秤、旋转梯度仪工作原理的考察和Molodensky关于垂线偏差推求高程异常的论述以及目前业已发现水平梯度分量的某种组合是球面正交函数系的事实,作者明确指出,在地球重力场的研究中,水平方向观测量的组合应作为复数使用。扰动场元观测量的复数表达是本文立论和各种模型化(建模)工作的思想基础,也是本文最为突出的创新点。
测绘技术中的重力测量方法探究
引言:
测绘技术是现代社会中不可或缺的一部分,它为我们提供了各种地理信息,帮助我们更好地认识和探索地球。而其中一个重要的测量方法就是重力测量。重力测量通过测量物体所受到的重力大小来推断地球的内部结构和物理性质,它在勘探矿产、地震监测、地质调查等领域起着重要的作用。本文将对测绘技术中的重力测量方法进行探究,探讨其原理、应用及发展趋势。
1. 重力测量原理
重力测量根据万有引力定律来测量物体所受到的重力大小,从而推断地球内部的结构和物理性质。根据牛顿的万有引力定律,两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。测量重力的方法有多种,其中比较常用的是重力仪和重力测量雷达。
2. 重力测量方法
重力仪是目前最常用的测量重力的仪器,它通过在一个垂直落地的自由落体中测量加速度来计算重力加速度。重力仪的工作原理是利用质量悬挂在弹簧上,当受到重力作用时,弹簧会发生位移,根据位移的大小可以计算出重力加速度。
重力测量雷达是一种新兴的重力测量方法,它利用雷达波的相位变化来推算重力场的强度。通过在地面上放置多个雷达装置,可以同时测量不同位置的重力值,从而绘制出整个区域的重力场图像。
3. 重力测量的应用
重力测量在各个领域都有广泛的应用。在矿产勘探方面,重力测量可以通过检测地下矿藏的密度变化来推断矿区的分布和规模,为矿产勘探提供依据。在地质调查中,重力测量可以揭示地壳的厚度和密度分布,为地震和火山活动的预测提供依据。此外,重力测量还广泛用于海洋测量、大地测量、地级面调整等领域。
4. 重力测量方法的发展趋势
随着科学技术的不断进步,重力测量方法也在不断发展和创新。目前,人们正在研究利用空间技术进行重力测量,例如利用卫星进行重力测量,这样可以实现对全球范围内的重力场进行高精度的测量。同时,人们还在探索如何将重力测量与其他测量方法相结合,比如利用重力测量和地形测量相结合来绘制更为准确的地图。
中国北斗卫星导航系统发展历程
相信在座的大部分都只知道北斗时中国的导航系统,但并没有深入的了解,那中国北斗卫星导航系统是如何发展到如今的地步呢?
中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度10米,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
2017年11月5日,中国第三代导航卫星顺利升空,它标志着中国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统。
卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设,一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年,首先建成北斗导航试验系统,使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域,产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务于国家建设与发展,满足全球应用需求,我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。
2012年12月27日,北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布,北斗导航业务正式对亚太地提供无源定位、导航、授时服务。
2013年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供区域服务一周年新闻发布会在国务院新闻办公室新闻发布厅召开,正式发布了《北斗系统公开服务性能规范(1.0版)》和《北斗系统空间信号接口控制文件(2.0版)》两个系统文件。