重力卫星测量

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重力测量简介

二、重力基准
中国的重力基准网：在全国范围内提供各种目的
重力测量的基准和最高一级控制
中国曾在1957年建成第一个国家57重力基本网，它的平均联测精度为: 1985年中国又新建了国家85重力基本网，其平均联测
5 2 20 10 ms 精度较之“57网”提高一个数量级，达到
0.2 105 ms 2
一台是用于大地测量的一台是用于大地测量的gpsglonassgpsglonass接收机接收机确定轨道的精度为几个厘米确定轨道的精度为几个厘米glonassglonass是全球导航卫星系统是全球导航卫星系统globalnavigationsatellitesystemglobalnavigationsatellitesystem的英文缩写文缩写是苏联研制的导航系统是苏联研制的导航系统非常类似于非常类似于gpsgps由轨道的摄动可由轨道的摄动可换算出中长波长的引力场换算出中长波长的引力场最高球谐约最高球谐约6060阶次一台引力梯度仪一台引力梯度仪由三对伺服控制电容加速度计组成由三对伺服控制电容加速度计组成每一对加速每一对加速度计的距离为m测量测量33个坐标轴方向引力位的二阶导数个坐标轴方向引力位的二阶导数换算换算出引力场的中短波长成分出引力场的中短波长成分其噪声水平低于其噪声水平低于3me3me3101012s12s2me

CHAMP卫星结构示意图
星载设备： GPS接受机；加速度计；恒星敏感器； SLR反射棱镜；地磁场探测仪；
CHAMP卫星轨道示意图

Global network of the International Laser Ranging Service (ILRS) (yellow) CHAMP downlink station coverage (blue)

监测地球重力场的GRACE卫星

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，这些细微的引力变化将导致 GRACE 双星距离的变化。

卫星重力测量中加速度计在轨参数校准方法研究

速度差，则有
Ｆ／ｍ一Ｆ／瑚ｍ。
因此，作用在检验质量上的静电反馈控制力可以反映作用在卫星上的非保守力，这正是静电悬浮加速度计工作的基本原理。静电悬浮加速度计可以实现６个自由度（３个平动自由度和３个转动自由度）的加速度测量。对于第个自由度而言，加速度计输出加速度ａ和该自由度输入加速度 … 以及垂直该方向输入加
本文首先简要叙述静电悬浮加速度计的工作原理，概述了目前３颗重力卫星中加速度计参数的
在轨校准方法。目前对于ＣＨＡＭＰ和ＧＲＡＣＥ卫星而言，都是采取在轨外部校准方法来校准加速
度计在轨参数］。为了提高加速度计在轨参数校准的置信水平，特别是在轨实时评估加速度计
摘要文章介绍了静电悬浮加速度计的基本工作原理，概述了目前卫星重力测量中加
速度计参数的在轨外部校准方法，讨论了利用推进器推力、卫星旋转产生的离心力、引力
开展加速度计标度因数在轨实时标定的可行性。
守力；。和分别表示检验质量和卫星的质量，这里忽略了检验质量受到的扰动加速度影响。
对于静电悬浮加速度计而言，在控制误差范围内，检验质量和卫星始终保持相对位置不动，这
意味着在静电控制条件下检验质量和卫星具有相同的加速度，如果二者保持质心重合，忽略引力加

卫星重力测量

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。

重力场引力势的计算与测量方法

重力场引力势的计算与测量方法引力是宇宙中最基本的力之一，它影响着物体的运动和相互作用。

为了更好地理解引力的本质和影响，科学家们一直在努力研究重力场引力势的计算和测量方法。

本文将探讨一些常见的方法和技术，以及它们在实际应用中的意义。

一、引力势的计算方法引力势是描述重力场强度的物理量，它表示单位质点在重力场中所具有的势能。

计算引力势的方法有多种，其中最常见的是使用牛顿引力定律和万有引力定律。

牛顿引力定律是描述质点间引力作用的经典定律，它指出两个质点之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

根据牛顿引力定律，可以计算出在给定位置的引力势。

万有引力定律是描述质点间引力作用的更为普适的定律，它指出任意两个质点之间的引力与它们的质量和它们之间的距离有关。

根据万有引力定律，可以计算出整个重力场的引力势分布。

除了这些经典的计算方法外，还有一些更为复杂的方法，如引力势的数值模拟和微分方程求解等。

这些方法在研究引力场的更精细结构和动态变化时非常有用。

二、引力势的测量方法测量引力势是了解重力场分布和变化的重要手段，科学家们通过不同的技术和仪器来进行测量。

以下是一些常见的引力势测量方法：1. 弹簧测力计：这是一种基于弹簧的测力仪器，通过测量受力弹簧的伸缩来确定物体所受的引力。

它常用于实验室中对小范围引力的测量。

2. 重力仪：重力仪是一种专门用于测量引力势的仪器，它利用重力的作用来测量物体的质量。

重力仪通常由一个悬挂的质量块和一个测量装置组成，通过测量质量块的振动周期或悬挂线的伸长来确定引力势。

3. 重力梯度测量：重力梯度是描述重力场变化率的物理量，通过测量重力梯度可以获得引力势的空间分布信息。

重力梯度测量通常使用重力梯度计，它利用多个重力传感器的阵列来测量重力场的微小变化。

4. 卫星测量：卫星测量是一种用于大范围引力势测量的技术，通过卫星携带的重力仪器和测量设备来获取引力势的全球分布。

这种方法被广泛应用于地球重力场的研究和测量。

卫星重力测量技术在地球物理中的应用

卫星重力测量技术在地球物理中的应用地球物理研究是一门涉及地球内部结构和物质运动等方面的学科，同时也具有广泛的应用价值。

然而，由于地球的表面与内部相距甚远，地球物理学研究往往受到观测技术的限制。

而随着卫星重力测量技术的发展，这一局面正在得到颠覆，卫星重力测量技术正在成为地球物理研究中一项重要的手段。

1.卫星重力测量技术概述卫星重力测量技术基于万有引力定律，通过卫星通过地球上空进行重力测量，获得地球重力场的分布情况。

这项技术的主要优势在于，通过卫星精密的轨迹控制和重力测量仪器的装备，对地球重力场的测量达到了高度的准确性和精度。

同时，卫星重力测量技术还具有全球性和连续性的特点，能够提供地球重力场全球范围内的准确数据。

2.2.1 地球形态研究地球的形态呈现为不规则的椭球体，由于地球的离心率和自转引起的地球扁率等因素，地球的形态会受到一定程度的变形。

而卫星重力测量技术能够获得高精度的地球重力场数据，并且能够计算出来地球的形态和动力学变化。

这项技术对于研究地球的形态、内部构造和地震等问题都有重要意义。

2.2 地壳构造研究地球重力场的分布受到地球内部密度分布的影响，在地壳结构复杂的地区，地表重力场会受到下方地壳和上方地表地物的影响。

卫星重力测量技术通过测量地球重力场的变化，能够测定地球内部的密度结构，推测地下的岩石体积和形状，从而揭示地球地壳和上地幔的构造特征和动力学性质，例如板块构造等。

2.3 大地水文研究在地球物理研究中，大地水文是一个十分重要的研究领域。

大地水文的研究目标主要是了解大气、地表、地下之间的水循环以及水在地球系统中的作用。

其中，地下水的分布和运动十分复杂，而卫星重力测量技术提供了一种新的方法来研究地下水的分布以及地下水与地表水之间的关系。

例如，在水资源的开发和管理方面，卫星重力测量技术可以为水文模型提供和验证数据，优化水资源的利用方式。

3.结语随着卫星重力测量技术的不断发展与完善，它在地球物理方面的应用也将更加广泛和深入。

GPS相对定位在重力卫星KBR测距中的应用

第１８卷第９期
Ｖ０．８１１Ｎｏ９．
电子设计工程
ＥｌｃｒｎｃＤｅｉｎＥｎｉｅｒｎｅｔｏｉｓｇｇｎｅｉｇ
２１００年９月
Ｓｐ．２０ｅｔ０１
ＧＰＳ相对定位在重力卫星ＫＢ测距中的应用Ｒ
ｇａｉｙｓｔｌｉｒｖｔａｅｌｔＫＢＲａｉｇｅｒｎｇｎ．
ｋｙｗｏｄ：ｒｖｔａｅｌｅＫｂｎａｇｎｙｔｍ（Ｒ）ｄａ—ｒｑｅｃ；ｅａｉｅｐｓｔｎｎ；ｏｉｏｉｇｐｅｉｉｎｅｒｓｇａｉｓｔｌｔ；ａｄｒｎｉｇｓｓｅＫＢ；ｕｌｆｅｕｎｙｒｌｔｏｉｏｉｇｐｓｔｎｎｒｃｓｙｉｖｉｉｏ
ｓｇｎｏｒｃｕｔ．ｅｐｐｒｉｔｄｃｄｔｅｃｍｐｓｇｏｒｖｔａｅｌｅｍｅｓｒｍｅｔｓｓｅｔｅｉｕｏｎｒＴａｅｒｕｅｈｏｏｉｆｇａｉｓｔｌｔａｕｅｎｙｔｍ，ｒｓａｃｅｈｆｃｆａｙｈｎｏｎｙｉｅｅｒｈｄｔｅｅｅｔｏ
ＡｐｐｉａｉｎｏＰＳｒｌｔｖｓｔｏｎｇｉｒｖｔａｅｌｔｌｃｔｏｆＧｅａｉｅｐｏｉｉｎｉｎｇａｉｙｓｔｌｉｅＫＢＲａｇｎｇｒｎｉ
ＷＡＮａＸｉｎｇ，ＺＨＡＮＧｎｇｙｎｇＭｅ —ａ
ｒｑｅｃｅａｉｏｉｏｉｇａｄｔｆｅｕｎｙｒｌｔｅｐｓｔｎｎｎｉｎｅｕｔＴｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏｓｔａｈｓｍｅｈｄｃｎｒａｈｔｅｒｑｉｍｅｔｏｖｉｍｉｇｒｓｌｈｉｌｔｅｕｔｈｗｈｔｔｉ．ｏｔｏａｅｃｈｅｕｒｅｎｆ

卫星重力测量技术的原理和数据解读方法

卫星重力测量技术的原理和数据解读方法随着现代科学技术的不断发展，卫星重力测量技术逐渐成为地球科学领域的重要研究方法之一。

本文将重点讨论卫星重力测量技术的原理和数据解读方法。

一、卫星重力测量技术的原理卫星重力测量技术是利用卫星携带的高精度重力仪器测量地球表面重力场的变化，从而推断地球内部的密度分布和地壳运动等信息。

1.1 重力测量原理重力，是指地球或其他天体表面对物体吸引的力。

在地球表面上，重力的大小和方向不是一致的，而是会因地球内部的密度分布不均匀而变化。

通过卫星重力测量技术，我们可以获取地表某一点的重力值，并通过对比多个点上的重力值差异，推算出地球内部的密度变化。

1.2 卫星重力测量仪器为了实现卫星重力测量，科学家们研发了一系列高精度的重力测量仪器。

目前常用的卫星重力测量仪器主要有超导量子干涉仪（SQUID），绝对重力仪以及光学干涉测量仪（GIM）。

这些仪器可以测量地球表面的重力值，并将数据传输至地面控制中心进行分析和解读。

二、卫星重力测量数据解读方法卫星重力测量数据是复杂且海量的信息集合，需要进行合理的解读才能获得有价值的地质和地球物理学指标。

下面将介绍几种常见的卫星重力测量数据解读方法。

2.1 重力异常解读重力异常是指相对于参考表面（通常是椭球面）的重力场的偏差。

通过对大量重力异常的分析，可以揭示地球内部的密度梯度。

高重力异常通常对应着密度较大的区域，反之亦然。

这些异常主要与地壳构造、岩石性质和地球动力学等因素相关。

2.2 重力梯度解读在卫星重力测量中，不仅可以获取重力值，同时还可以计算重力的梯度，即重力在空间中的变化率。

重力梯度可以提供更加详细的地下密度变化信息，有助于研究构造和地壳运动等问题。

通过对重力梯度的解读，科学家们可以推测地壳运动引起的地震活动、地热流动以及岩浆活动等。

2.3 反演方法卫星重力测量数据的解读过程中，还常常需要借助反演方法。

反演方法是通过调整模型参数，使得模型产生的重力数据与实测数据拟合得最好。

grace重力卫星反演水储量基本原理

grace重力卫星反演水储量基本原理重力卫星反演水储量基本原理重力卫星是一种利用重力场变化来研究地球内部结构和地表运动的技术。

通过重力卫星反演方法，我们可以估算出地球表面下的水储量。

重力卫星通过测量地球的重力场变化来推断地下水储量的变化。

地球表面上的不同地貌、地下岩石、土壤密度和水分含量等会导致地表重力场的微小变化。

而地下水的存在也会对地表重力场产生微弱但可测量的影响。

通过对重力卫星测量数据的分析，科学家们可以研究水储量的分布和变化。

重力卫星反演水储量的基本原理是基于质量平衡定律。

当地面水分增加时，地下水的质量也会增加，进而增加地球的总质量。

这将导致周围地区的重力微弱增加。

相反，当地下水减少时，重力场也会微弱减小。

通过不断观测和测量地球的重力场变化，科学家们可以计算出地下水储量的变化。

需要注意的是，重力卫星反演水储量只能提供关于地下水储量变化的粗略估计。

因为地表上的其他因素也会对重力场产生微小的影响，如地壳运动、大气压强变化等。

所以，在进行水储量反演时，科学家们需要通过建立数学模型，将这些干扰因素排除，从而得到更准确的结果。

重力卫星反演水储量的基本原理为我们提供了一种研究地下水资源的新途径。

利用重力卫星的高分辨率测量数据，我们可以更好地了解地球内部的水分分布情况，从而为水资源管理和地下水开发提供科学依据。

同时，这项技术也有助于研究气候变化对地下水储量的影响，为应对气候变化和水资源管理提供重要参考。

综上所述，重力卫星反演水储量的基本原理是通过测量地球重力场的变化来推断地下水储量的变化。

这项技术为我们提供了一种了解地下水资源分布和变化的新途径，有助于水资源管理和应对气候变化。

然而，在分析结果时需注意排除其他干扰因素，以确保结果的准确性和可靠性。

用于卫星重力梯度测量的加速度计性能参数分析

ｂｓｃｕｎｔｏｒｖｔｒｄｏｔｒ，ｗｈｓｅｆｒｎｅｄｒｃｌｆｅｔｈｅｅｆｇａｉｅｄｒｃｖｒｎｐｃａｉｉｆｇａｉｇａｉｍｅｅｙｏｅｐｒｏｍａｃｉｅｔａｆｃｓｔｅｌｖｌｏｒｖｔｆｌｅｏｅｙａｄｓａｅｙｙｉｒｓｌｔｏｅｏｕｉｎ．ＣｏｉｅｔｅａｉｏｅａｉｎｒｎｉｌｔｔｅｅｌｄｔｏｈｓｔｌｉｅｒｄｏｔｍｉｓｏｍｂｎｄｈｂｓｃｐｒｔｏｐｉｃｐｅｗｉｈｈｒａＬ１ｂａａｆｔｅａｅｌｔｇａｉｍｅｒｙｓｉｎＧＯＣＥ，ｔｅｅｆｃｓｏｈｅｏｕｉｎ，ｓａｅｆｃｏｎｕａｒｔｃｆｃｏｆａｃｌｒｍｅｅｓａｅｓｅｉｅｎｔｉｐｒｈｆｅｔｆｔｅｒｓｌｔｏｃｌａｔｒａｄｑｄａｉａｔｒｏｃｅｅｏｔｒｒｐｃｆｄｉｈｓｐａｅ．ｉＯｎｔｅｂｓｓｏｎａｙｉｅｕｔｆｎｌｗｅｐｏｏｅｔｔｔｉｈｅｅｓｔｖｃｅｅｏｔｒｎｈｅ — ｘｓｄａ —ｒｅｈａｉｆａｌｓｓｒｓｌｓ，ａｌｉｙ，ｒｐｓｈａｈｅｈｇｒｓｎｉｉｅａｃｌｒｍｅｅｓａｄｔｒｅａｉｒｇｆｅｃｎｒｌｔｃｏｏｉｓｓｏｌｅｅｏｅｎｐｌｅｎｏｔｅｆｔｒａｅｌｔｒｄｏｔｙｍｉｓｏｏｔｏｅｈｎｌｇｅｈｕｄｂｅｄｖｌｐｄａｄａｐｉｄｉｔｈｕｕｅｓｔｌｉｅｇａｉｍｅｒｓｉｎ．

卫星重力探测技术的发展

卫星重力探测技术的发展杨婕;占惠【摘要】在地球物理勘探领域中, 人造地球卫星的发射为重力测量提供了新的途径. 与以往探测重力的手段相比, 重力卫星的发射大大改善了人们对地球重力场的认识, 随着CHAMP、 GRACE和GOCE卫星的发射, 将把现有静态中长波部分重力场的精度提高1-2个数量级, 并提供长波部分重力场随时间变化的信息. 卫星重力学对我国的基础测绘服务和国防建设有着重要的实用价值.【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2008(000)005【总页数】5页(P23-27)【关键词】卫星重力;探测技术;CHAMP;GRACE;GOCE【作者】杨婕;占惠【作者单位】福建省地震局厦门地震台,厦门,361003;厦门地震勘测研究中心,厦门,361021【正文语种】中文【中图分类】P312.1地球重力场是地球的基本物理场之一，重力场及其时变反映了地球表层及内部的密度分布和物质运动状态，同时决定着大地水准面的起伏和变化，因此，重力场的研究历来是大地测量学的热点之一［1］。

高精度重力观测是研究固体潮及地震前兆的一种重要手段。

在地球物理勘探领域中，重力测量也是一种重要的方法。

但是，对于重力的观测，无论是用振摆、自由落体，还是用光学干涉仪都很难获得高精度的绝对重力值，相反，重力差的相对测量要比绝对测量容易得多，以致可以达到很高的精度［5］。

我国的重力固体潮观测开始于20世纪60年代末期，早期使用加拿大Scintrex公司的CG-2型金属弹簧重力仪，采用光记录(目前，这些仪器已经完全淘汰)，之后陆续引进GS型金属弹簧重力仪［4］。

相对重力观测仪器，从毫伽级重力仪发展到微伽级重力仪，可以对地球内部构造的细节取得更进一步的了解。

但是，虽然地面重力测量工作是传统大地测量工作中最方便和功效最高的一种测量工作，毕竟还是耗时多、劳动强度大，特别是有许多难以到达的地区，致使重力测量数据的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制，这是在确定地球重力场模型，包括推算大地水准面时提高其精度和分辨率的最大障碍。

卫星测地知识点总结

卫星测地知识点总结卫星测地学的知识点非常丰富，涉及卫星轨道测量、重力场测量、形状测量、大地测量、地壳运动、地球形状测量等多个方面。

本文将从这些方面进行详细的总结，帮助读者更好地了解卫星测地学的基本知识和应用。

一、卫星轨道测量卫星轨道测量是卫星测地学的基础，它主要用于确定卫星的位置和速度，以及测量地球上不同地点的形状和重力场。

卫星轨道测量可以通过地面测量站和卫星搭载的测量仪器来实现，主要包括跟踪测量、星载测量和卫星激光测量等方式。

1. 跟踪测量跟踪测量是通过地面测量站对卫星进行定位跟踪，以确定卫星的位置和速度。

地面测量站通常采用全球定位系统（GPS）或者干涉测量仪器来进行跟踪测量，通过与卫星交换信号来确定卫星的位置和速度信息。

2. 星载测量星载测量是通过卫星搭载的测量仪器来实现卫星轨道测量，主要包括星载GPS测量、星载微波测量、星载激光测量等方式。

这些测量仪器可以实时获取卫星的位置和速度信息，为地球形状和重力场测量提供基础数据。

3. 卫星激光测量卫星激光测量是通过搭载在卫星上的激光测距仪器来测量地球表面的高程和形状，它可以实现高精度的地表高程测量，并且可以克服传统地面测量的局限性，对于建立数字高程模型和地球形状测量具有重要意义。

二、重力场测量地球的重力场分布对地球的形状和内部结构具有重要影响，因此重力场测量是卫星测地学的重要内容。

重力场测量主要包括重力梯度测量、大地水准测量、卫星引力梯度测量等多种方式，它可以帮助我们了解地球的重力场分布规律，对地质勘探、地震预测等领域具有重要意义。

1. 重力梯度测量重力梯度测量是通过地面重力测量仪器来测量地球不同地点的重力场强度和方向，从而确定地球重力场的分布规律。

重力梯度测量可以帮助我们了解地球的内部结构和矿产资源分布，对于地质勘探和资源开发具有重要意义。

2. 大地水准测量大地水准测量是通过测量地表的高程变化来确定地球重力场的分布规律，它可以帮助我们了解地球上不同地点的垂直形变和地壳运动情况，对于地震预测和环境监测具有重要意义。

重力卫星测量概要

0.2、根据轨道摄动求解地球重力场的扰动位：
将地球当做匀质圆球，产生的重力场只是真实重力场的零阶近似，卫星在这种正常重力场中的运动轨道是一个与地球相对位置不变的平面椭圆。由于真实的地球形状不规则，质量分布不均匀，而且不停地自传，真实的地球不能当做一个质点。将正常椭球看成是真实地球的近似，根据位理论可精确导出其所产生的正常重力场。由卫星轨道理论可精确计算卫星在正常重力场中的运动轨道，轨道相比于一个简单的平面椭圆有差异，其轨道面与地球的相对位置也会变化（进动）。
第七章、重力卫星测量
目录：一、引言二、卫星重力测量原理三、重力卫星与观测数据精化技术四、卫星重力测量的应用
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一、引言
背景
卫星重力探测技术出现于上世纪50年代末60年代初，最早采用天文光学经纬仪摄影交会的方法跟踪测量卫星的轨道摄动。 70年代开始，激光测距（SLR）跟踪取代了光学观测，由轨道摄动观测量反算扰动重力场参数，建立了早期低阶（<24阶）全球重力场模型系列，满足了当时人造卫星定轨和建立全球地心大地坐标系的迫切需求。这一时期的卫星重力模型用于确定全球大地水准面的精度为米级水平。
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二、卫星重力测量原理
例：测பைடு நூலகம்离地面500km高处一点的重力，必需观测在此高度处卫量在飞行轨道上的运动参数来间接反求重力值 g (r ) GM / r 2 , r X 。将卫星和地球都当做质点，并忽略地球的自传，其所在空间内无其他质量。则地球产生一均匀重力场。卫星绕地球作圆周运动，引力提供向心力，则有：
新一代卫星重力技术的优点：其测量信号不经过大气对流层，卫星处于大气层的暖层（F层）与散逸层（G层）之间，、大气密度只有海平面的百亿分之一，信号传播几乎不存在大气延迟误差的影响其卫星轨道都是偏心率很小的近极近圆轨道，轨道构成几乎包围整个地球的交叉（菱形）格网，可实现全弧段的连续高采样率的SST跟踪测量或SGG逐点测量，这是其获得高精度的最大优势。

卫星重力专业英语

卫星重力专业英语
1. Satellite Gravity Measurement：卫星重力测量
2. Gravity Satellite：重力卫星
3. Gravity Field Mapping：重力场测绘
4. Gravitational Wave Detection：引力波探测
5. Earth's Gravity Field：地球重力场
6. Satellite Tracking：卫星跟踪
7. Orbit Determination：轨道确定
8. Geodesy：大地测量学
9. Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE)：重力恢复与气候实验
10. Satellite-to-Satellite Tracking (SST)：卫星对卫星跟踪
11. Kinematic Orbit Determination：运动学轨道确定
12. Satellite Laser Ranging (SLR)：卫星激光测距
13. Global Navigation Satellite System (GNSS)：全球导航卫星系统
14. Altimetry：测高术
15. Ocean Circulation：海洋环流
这些术语和短语涵盖了卫星重力测量的不同方面，包括卫星设计、数据采集、数据处理和应用领域等。

对于深入了解卫星重力专业的人士来说，熟悉这些术语和短语是非常重要的。

卫星内编队重力场测量关键技术

ｌ７３
对于单位质量内编队重力测量系统，于外卫星的屏由蔽，以认为内卫星不受大气阻力、阳光压等非保守力可太的作用。外卫星对内卫星的万有引力加速度可以通过内
摘要：结合当前典型重力卫星任务，介绍了重力卫星发展概况，阐述了内编队卫星重力场测量原理及系统工程实践的关键技术，后就我国开展相关研究提出建议。最
关键词：力场模型；星重力场测量；重卫内编队卫星中图分类号：２３Ｐ２文献标识码：Ａ文章编号：０６— ７７２１）２— １６— ３１０００（００１０３０
为５０ｋ２颗卫星之间的距离为２０ｋ沿同一轨道编０ｍ，０ｍ，队飞行，星轨道设计如图２所示。通过星上Ｋ波段微波卫
和技术体系。经过２０多年的反复论证和试验，２种探测后模式已成为国际上普遍认可的先进技术－ｊ目前，有３。具代表性的重力测量卫星包括德国独立发射的ＣＡＨＭＰ（ｈｌｎｉｇＭｉｉａｅｉａｌｄ卫星，、Ｃａｅｇｎｎ— ｔｌｔＰｙａ）ｌｓｌｅｏ美德合作成功发
在国防建设、地球科学及其相关学科的研究中都有极其重要的作用。然而，传统重力探测技术获取全球均匀分布
的高精度重力场信息的能力有限，切需要新的技术突迫破。卫星重力场测量是目前全球重力场模型改进最有效

卫星重力测量发展及应用

卫星重力测量发展及应用2010286190128 张璇摘要：卫星重力测量在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。

本文简要回顾了卫星重力测量的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力测量在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。

关键词：重力场；地球重力场；重力测量一、研究背景地(月)球重力场及其时变反映地(月)球表层及内部物质的空间分布、运动和变化，同时决定着大地水准面的起伏和变化。

因此，确定地(月)球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量学、海洋学、地震学、空间科学、天文学、行星科学、深空探测、国防建设等的需求，同时也将为全人类寻求资源、保护环境和预测灾害提供了重要的信息资源。

人造卫星是在地(月)球重力场作用下在空间绕地(月)球运动的，要精密定轨，必须知道精确的地(月)球重力场参数，反之，精确测定卫星轨道的摄动，利用这些摄动的跟踪观测数据，又可以提高地(月)球重力场参数的精度，两者相辅相成。

地球重力场是固体地球物理学、海洋动力学、地球动力学、冰川学、海平面变化与分析所需的基本物理量。

在大地测量领域, 地球重力场对研究地球形状和精确求定地面控制点的三维坐标起着重要作用；在固体地球物理学中，基于地球重力场可以研究地球的内部构造和板块运动；在海洋学中，为了研究海面地形，揭示洋流和环流的活动规律也需应用地球重力场数据；在国防建设领域，远程武器的发射和飞行，必须知道精细的局部重力场和全球重力场。

月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分，它不仅决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取，同时将为全人类开展月体地形地貌和内部结构研究、月壤新能源和资源探测、月面宇宙环境分析(电磁、微粒子、高能等)、月球和地月系统起源和演化历史论证等提供丰富的信息资源。

地(月)球重力场起着双重作用：第一，通过比较实际重力场和理想重力场的差可以得到重力异常，重力异常表明地(月)球内部的质量不平衡状态，并提供地球(月)动力学的重要信息；第二，确定大地水准面(和静止平均海平面相重合的等位面) ，大地水准面是所有地貌(如陆地、冰川、海洋等) 的参考面，而大地水准面仅仅是由重力场来定义的，它可以通过重力场的精化而改善。

太空中的“牛顿”——欧洲“重力场和静态洋流探测”卫星发射成功

太空中的“牛顿”□徐菁——欧洲“重力场和静态洋流探测”卫星发射成功2厘米精度上确定大地水准面；第三，在优于100千米空间分辨率上获得重力异常和大地水准面数据。

“重力场和静态洋流探测”卫星由来自13个欧洲国家的45家公司联合研制，包括了多项首次在卫星上采用的技术，是首颗利用重力梯度测量的卫星。

由于卫星需要在低轨道飞行，因此设计时，必须将空气阻力和扭矩降至最小，同时还要排除机械干扰，这就导致卫星的横截面积（呈八角形）只有1.1米2,而卫星长度则有5.3米，质量为1000千克。

卫星结构主要由碳纤维加强塑料夹层板制成，既保证了卫星在不断变化的热环境下的稳定状态，也将卫星质量减至最小。

“重力场和静态洋流探测”卫星在其飞行方向呈对称形状，两侧的小翼有助于卫星飞行稳定。

卫星主体表面安装有4块太阳电池板，另外在两侧的小翼上安装有2块太阳电池板，这些太阳电池使卫星能够经受得住－170℃到160℃的温度变化。

在每个翼的外侧安装了一副S频段通信天线，而且面向太空的一个翼外侧还安装有2副G PS天线。

卫星一旦入轨，它有一面会一直对着太阳。

静电重力梯度仪是“重力场和静态洋流探测”卫星的主要有效载荷，安放在卫星质量中心点附近。

该重力梯度仪的质量为千克，功率为瓦，主要由互相呈°排列的3对电容加速度计构成，这2008年9月10日，“重力场和静态洋流探测”卫星由俄罗斯轰鸣号火箭从普列谢茨克发射场发射进入太阳同步近圆极轨道，它是欧洲空间局最具挑战的任务之一，也是“地球探测者”家族中发射升空的首颗卫星。

该卫星的首要任务是探测地球最突出的特征——重力场。

重力卫星家族的“法拉利”“重力场和静态洋流探测”卫星专门用于在前所未有的精度和空间分辨率上测量地球重力场，并提供大地水准面模型。

卫星任务目标包括3个方面：第一，在5米秒精度上确定重力异常；第二，在厘米～太空中的“牛顿”1801009010/ 21视点上面级分离，首先进入280千米高的初始轨道，然后经过大约45天后逐渐下降到260千米高的工作轨道。

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二、卫星重力测量原理
0.1、牛顿力学的正演过程和反演过程：
已知作用力，分析质点受力产生的运动规律，可看成解牛顿力学问题的正演过程。当已知或测定了受力质点在空间运动的上述表征其运动规律的参数(位臵，速度，加速度)，并由此确定（恢复）质点所受到的未知力源，是一个解牛顿力学问题逆过程，或称为反演问题。用动力法测定地面点的重力和用卫星技术确定全球重力场，是基于力学反演概念。为了计算上的方便和需要，在求解反演问题的同时，常常需要设定一个先验的全球重力场和其它力模型，通过正演计算确定一个卫星的参考运动模型，即参考轨道，在这里同时用到正演和反演计算。
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二、卫星重力测量原理
0.2、根据轨道摄动求解地球重力场的扰动位（续）
扰动重力场使卫星的实际运行轨道偏离正常轨道，即产生轨道摄动，表现为卫星的实际运动状态与卫星的正常运动状态(在正常重力场中的运动)的差异。根据此差异（轨道摄动）即可求出扰动位（真实地球重力场与正常重力场的差异）。扰动位与正常重力场叠加即得到真实重力场。传统的利用SLR技术求解位系数就是基于此原理，从上世纪60年代至今，利用这一原理已发展了多代多系列低阶地球重力场模型。利已知的低阶地球重力场模型，可以更加得精确计算卫星的参考轨道，由此可观测卫星的真轨道相对于参考轨道的摄动，据此反演对参考模型位系数的改正，是目前实际采用的方法。
GOCE – SST+SGG模式

GOCE用低轨星载悬浮式三轴差分梯度仪直接测定扰动位的二阶梯度张量，也包含SST-hl跟踪测量
都是轨高500km以下的低轨小卫星，恢复全球重力场的最高分辨率可达100km或略优，目标是确定具有厘米级精度的全球大地水准面和毫伽级精度的地面重力异常。
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背卫星重力技术得到了取得了很大的成就，但是这一代卫星重力技术不可能分辨时间尺度在5年以下的全球重力变化。这一时间分辨率和精度水平上的局限性，不仅不能满足相关学科对静态地球物理问题作重力效应解释的需求，更难于甚至不可能满足对地球动力学全球变化作重力场响应分析的需求。现在，利用卫星跟踪卫星（SST）和卫星重力梯度测量（SGG）技术确定高精度全球重力场的计划已顺利实施，其中包括CHAMP、GRACE 与GOCE新一代卫星重力探测计划。
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二、卫星重力测量原理
例：测定离地面500km高处一点的重力，必需观测在此高度处卫量在飞行轨道上的运动参数来间接反求重力值 g (r ) GM / r 2 , r X 。将卫星和地球都当做质点，并忽略地球的自传，其所在空间内无其他质量。则地球产生一均匀重力场。卫星绕地球作圆周运动，引力提供向心力，则有：
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背景
新一代卫星重力技术的优点（续） GRACE卫星LL-SST测量可分辨10天时间尺度的长波时变重力场，测定大地水准面年变化的精度为0.01mm/年，GOCE任务恢复全球重力场的分辨率约为100km，期望精度为1cm。新一代卫星重力测量精度水平比前一代提高了 12个量级，尤其是具备了测定高时间分辨率（ 1030天）时变重力场的能力，是地球重力场测量跨时代的重大进展。
第七章、重力卫星测量
目录：一、引言二、卫星重力测量原理三、重力卫星与观测数据精化技术四、卫星重力测量的应用
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一、引言
背景
卫星重力探测技术出现于上世纪50年代末60年代初，最早采用天文光学经纬仪摄影交会的方法跟踪测量卫星的轨道摄动。 70年代开始，激光测距（SLR）跟踪取代了光学观测，由轨道摄动观测量反算扰动重力场参数，建立了早期低阶（<24阶）全球重力场模型系列，满足了当时人造卫星定轨和建立全球地心大地坐标系的迫切需求。这一时期的卫星重力模型用于确定全球大地水准面的精度为米级水平。
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二、卫星重力测量原理
新一代卫星重力计划（CHAMP，GRACE和GOCE）包含的新技术：高轨卫星跟踪低轨卫星（HL-SST）低轨卫星跟踪一个同轨卫星（LL-SST）卫星重力梯度测量（SGG）高轨GPS卫星跟踪低轨重力卫星，在此GPS卫星起到了传统地面SLR站的作用，实现了对低轨卫星的近连续全程跟踪这三颗卫星都是近极近圆轨道，其轨道形成了一个近全球的密集网状覆盖，这在很大程度上克服了由地面SLR站跟踪卫星轨道的局限性和缺陷，只要有足够长的时段观测数据，通常可形成“良适定”的法方程结构，可获得位系数高精度的稳定解。模型的最高阶次取决于卫星的轨高，解的高精度和稳定性得益于新卫星重力技术能提供近全球覆盖连续分布（采样率30s，无重复轨道），重测率高（GRACE每天绕地球约15.4圈）的观测数据，即平差系统的多余观测数高。 17/55
新一代卫星重力技术的优点：其测量信号不经过大气对流层，卫星处于大气层的暖层（F层）与散逸层（G层）之间，、大气密度只有海平面的百亿分之一，信号传播几乎不存在大气延迟误差的影响其卫星轨道都是偏心率很小的近极近圆轨道，轨道构成几乎包围整个地球的交叉（菱形）格网，可实现全弧段的连续高采样率的SST跟踪测量或SGG逐点测量，这是其获得高精度的最大优势。
二、卫星重力测量原理
1、卫星轨道摄动（动力法）
利用卫星轨道摄动确定地球重力场是卫星重力技术最经典的方法。利用精密定轨技术确定重力卫星的精密轨道。考虑各种力模型，通过数值积分得到积分轨道。数值轨道与精密轨道不完全重合，原因是数值轨道采用的
包括地球重力场，海潮，固体潮等各种模型不准确。利用这种差别（轨道摄动）建立其与各种先验模型参数改正值之间的关系，即可改正先验模型参数。如果除地球重力场摄动外的所有其它各种摄动均已准确测定或用模型算出，利用先验重力模型（EGM96或 EGM2008），同时引入卫星在初始时刻的状态向量作为位臵参数，通过最小二乘平差即可获得重力异常和卫星初始时刻状态向量的改正数。
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二、卫星重力测量原理
反演问题不适定的原因：物理过程本身是一个不可逆过程物理过程所涉及的物理场（或力场）不可能用有限个参数
集合来描述。
地球重力场不适定的原因是后者。利用对卫星轨道的观测确定地球重力场，不管我们作了多大数量的观测，首先仅仅待确定的地球定向参数（极移x、y和UT1改正）就是观测时刻数的三倍，而待求解的位系数理论上又是一个无限集合，因此这一反演问题是一个显著的不适定问题。为使问题适定，必须引入模型的近似处理，例如在有限的时间段把地球定向参数表达为一简单的时间函数将地球位的球谐展开截断至适当的阶次根据不同的计算目的引入已知先验信息取代某些待定参数
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二、卫星重力测量原理
在引入了上述模型近似处理以后，通常可以将此类不适定问题转化为一个可用最小二乘平差技术求解的超定问题。但是由于下述原因，问题的解仍可能是欠适定的。不同倾角的轨道其本身频率特性不同，不同轨道对扰动重
力场的不同频谱成分敏感度不同。对于不敏感的频谱分量不可能求的准确可靠的解。将卫星重力观测数据向下延拓至地面，由于通常下延算子有放大观测误差的作用，造成解的欠适定（不稳定）。若卫星重力观测值中含某中高频信息甚微，则对应的中高阶待求位系数不可能有准确解。在传统的SLR跟踪测定轨道摄动求解扰动位系数的模式中，由于地面SLR站数量有限和分布不合理，不可能对轨道进行连续的全程跟踪，造成对某些波段的采样不足，缺失信号。
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背景（续）
CHAMP、GRACE - SST模式

CHAMP的高低卫星跟踪卫星（SST-hl）模式是通过高轨卫星跟踪低轨卫星轨道的摄动测定地球扰动位及其一阶梯度（扰动重力） GRACE的低低卫星跟踪卫星（SST-ll）模式是测定两个同轨低轨卫星间的距离及其一阶、二阶变化率，由此确定扰动位的一阶梯度向量和二阶梯度张量
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一、引言
背景（续）
70年代末出现卫星对海面的雷达测高技术，发展到今天，已达到厘米级，将平均海面近似看成大地水准面，由此确定海洋重力场，分辨率可高达510km。同时SLR的测距精度也达到了厘米级，这一时期（到上世纪末）联合SLR、卫星测高和地面重力数据，先后建立了180阶和360阶（相当于50km分辨率）高阶重力场模型系列其中公认精度最高的模型是EGM96，相应大地水准面的精度为分米级或亚米级，重力异常的精度为几毫伽量级。由于这一代技术本身固有的局限性，已接近其精度潜力的极限。
0.2、根据轨道摄动求解地球重力场的扰动位：
将地球当做匀质圆球，产生的重力场只是真实重力场的零阶近似，卫星在这种正常重力场中的运动轨道是一个与地球相对位臵不变的平面椭圆。由于真实的地球形状不规则，质量分布不均匀，而且不停地自传，真实的地球不能当做一个质点。将正常椭球看成是真实地球的近似，根据位理论可精确导出其所产生的正常重力场。由卫星轨道理论可精确计算卫星在正常重力场中的运动轨道，轨道相比于一个简单的平面椭圆有差异，其轨道面与地球的相对位臵也会变化（进动）。
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二、卫星重力测量原理(11-10)
微分方程解的适定性：解存在解唯一解稳定（参数的微小变化引起的函数值的变化也是微小量）在物理学和力学中，正演问题的解通常是适定的，而反演问题大多不适定。
例子：
牛顿力学中已知一物体的形状及其密度分布函数，则可根据牛顿算子唯一正演出该物体的引力位函数。已知该物体的形状及其外部引力位函数反演其密度函数，则牛顿算子的逆算子是不适定的，此反演有无穷多解。
0 6 6
p
dr r dt f dr dt m
二、卫星重力测量原理
1、卫星轨道摄动（动力法）（续）
地球重力场位系数的计算 d C (t ) A(t ) B(t ) 假定除地球重力场模型参数外，其余 dt 保守力摄动模型参数有足够高精度。 d A(t ) B(t ) C (t ) dt 非保守力加速度由重力卫星的星载加 r (t ) 速度计精确测得。 (r (t ), r (t ), P) , S r (t ) (r (t ), r 则积分轨道与精密轨道的差异仅仅与 (t ), P) 卫星的初始状态和重力场模型参数有 r 关。 C (t ) p 解微分方程组，得到对应于轨道历元 r 的状态转移矩阵Φ和参数敏感矩阵S。 B(t) r 得到时间序列的观测方程，再由经典 r A(t ) 最小二乘方法即可解得初始状态向量 r 和重力场位系数的改正数。