重力卫星测量
- 格式：ppt
- 大小：4.35 MB
- 文档页数：55
下载文档原格式
合集下载
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 Ｇ ＲＡＣ Ｅ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
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 Ｇ ＲＡＣ Ｅ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 １ ８卷 第 ９期
Ｖ０ ． ８ １１ Ｎｏ９ ．
电子 设 计 工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉｇ
２１ ０ ０年 ９月
Ｓ ｐ ．２ ０ ｅ ｔ ０１
ＧＰ Ｓ相对 定位在重力卫 星 ＫＢ 测距 中的应用 Ｒ
ｇａ ｉｙ ｓ ｔ ｌｉ ｒｖ ｔ ａ ｅｌｔ ＫＢＲ ａ ｉｇ ｅ ｒ ｎｇｎ ．
ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｒｖｔ ａｅｌｅ Ｋ ｂ ｎ ａ ｇｎ ｙｔｍ（ Ｒ） ｄ ａ—ｒｑ ｅ ｃ ； ｅａｉｅｐ ｓｔ ｎｎ ； ｏ ｉｏ ｉｇｐｅ ｉｉｎ ｅ ｒ ｓ ｇａ ｉ ｓｔｌｔ； ａ ｄ ｒｎ ｉｇｓｓｅ ＫＢ ； ｕ ｌｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒｌｔ ｏ ｉｏ ｉｇ ｐ ｓｔ ｎｎ ｒｃｓ ｙ ｉ ｖ ｉ ｉ ｏ
ｓ ｇ ｎ ｏ ｒｃ ｕ ｔ ． ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｇ ｏ ｒ ｖｔ ａｅ ｌ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓｅ ｔ ｅ ｉ ｕ ｏ ｎｒ Ｔ ａ ｅ ｒ ｕ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｆｇ ａ ｉ ｓ ｔｌ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ，ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｈ ｆ ｃ ｆ ａ ｙｈ ｎ ｏ ｎ ｙ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＰＳ ｒ ｌ ｔｖ ｓｔｏ ｎｇ ｉ ｒ ｖ ｔ ａ ｅｌｔ ｌｃ ｔｏ ｆＧ ｅａ ｉ ｅ ｐｏ ｉｉ ｎｉ ｎ ｇ ａ ｉｙ ｓ ｔ ｌｉｅ ＫＢＲ ａ ｇ ｎｇ ｒｎ ｉ
Ｗ ＡＮ ａ Ｘｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ ｎｇｙ ｎｇ Ｍｅ —ａ
ｒ ｑ ｅ ｃ ｅａ ｉ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ａ ｄ ｔ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｌｔ ｅ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｕｔ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｓ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｒ ａ ｈ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｖ ｉ ｍｉ ｇ ｒ ｓ ｌ ｈ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ． ｏ ｔ ｏ ａ ｅ ｃ ｈ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｆ
Ｖ０ ． ８ １１ Ｎｏ９ ．
电子 设 计 工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉｇ
２１ ０ ０年 ９月
Ｓ ｐ ．２ ０ ｅ ｔ ０１
ＧＰ Ｓ相对 定位在重力卫 星 ＫＢ 测距 中的应用 Ｒ
ｇａ ｉｙ ｓ ｔ ｌｉ ｒｖ ｔ ａ ｅｌｔ ＫＢＲ ａ ｉｇ ｅ ｒ ｎｇｎ ．
ｋ ｙｗｏ ｄ ： ｒｖｔ ａｅｌｅ Ｋ ｂ ｎ ａ ｇｎ ｙｔｍ（ Ｒ） ｄ ａ—ｒｑ ｅ ｃ ； ｅａｉｅｐ ｓｔ ｎｎ ； ｏ ｉｏ ｉｇｐｅ ｉｉｎ ｅ ｒ ｓ ｇａ ｉ ｓｔｌｔ； ａ ｄ ｒｎ ｉｇｓｓｅ ＫＢ ； ｕ ｌｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒｌｔ ｏ ｉｏ ｉｇ ｐ ｓｔ ｎｎ ｒｃｓ ｙ ｉ ｖ ｉ ｉ ｏ
ｓ ｇ ｎ ｏ ｒｃ ｕ ｔ ． ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｇ ｏ ｒ ｖｔ ａｅ ｌ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓｅ ｔ ｅ ｉ ｕ ｏ ｎｒ Ｔ ａ ｅ ｒ ｕ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｆｇ ａ ｉ ｓ ｔｌ ｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ，ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｈ ｆ ｃ ｆ ａ ｙｈ ｎ ｏ ｎ ｙ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ
Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＰＳ ｒ ｌ ｔｖ ｓｔｏ ｎｇ ｉ ｒ ｖ ｔ ａ ｅｌｔ ｌｃ ｔｏ ｆＧ ｅａ ｉ ｅ ｐｏ ｉｉ ｎｉ ｎ ｇ ａ ｉｙ ｓ ｔ ｌｉｅ ＫＢＲ ａ ｇ ｎｇ ｒｎ ｉ
Ｗ ＡＮ ａ Ｘｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ ｎｇｙ ｎｇ Ｍｅ —ａ
ｒ ｑ ｅ ｃ ｅａ ｉ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ａ ｄ ｔ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｌｔ ｅ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｕｔ Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｓ ｔ ａ ｈ ｓ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｒ ａ ｈ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｖ ｉ ｍｉ ｇ ｒ ｓ ｌ ｈ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ． ｏ ｔ ｏ ａ ｅ ｃ ｈ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｆ
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。
一种重力测量卫星质心在轨标定改进算法
一种重力测量卫星质心在轨标定改进算法
辛宁;邱乐德;张立华;刘乃金
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2015(024)004
【摘要】针对重力测量卫星质心在轨标定算法中存在的陀螺精度不高且易失效的问题,提出了一种应用星敏感器和静电加速度计的质心标定改进算法.在该算法中,将一个明显大于干扰力矩的周期性磁力矩,作用于卫星上;将星敏感器观测量代入预测滤波器中,估计卫星的角速度及角加速度;利用静电加速度计信息设计扩展卡尔曼滤波,从而实现卫星质心的标定.数学仿真结果表明:此算法能够对卫星的角速度及质心位置进行实时估计,卫星质心三轴最佳标定精度均优于0.05 mm,可实现陀螺失效情况下卫星质心较为精确的标定.
【总页数】7页(P44-50)
【作者】辛宁;邱乐德;张立华;刘乃金
【作者单位】中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京 100094;中国空间技术研究院通信卫星事业部,北京 100094
【正文语种】中文
【中图分类】P228
【相关文献】
1.一种重力测量卫星静电加速度计在轨标定算法 [J], 辛宁;邱乐德;张立华;刘乃金
2.重力测量卫星KBR系统相位中心在轨标定算法 [J], 辛宁;邱乐德;张立华;丁延卫
3.一种海洋测高卫星质心在轨估计算法 [J], 李拴劳;张润宁
4.一种重力卫星质心在轨标定算法 [J], 辛宁;邱乐德;张立华;丁延卫;王大雷
5.基于MME/EKF算法的卫星质心在轨标定 [J], 王本利;廖鹤;韩毅
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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）。
8/55
二、卫星重力测量原理
0.1、牛顿Leabharlann 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(位置，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。
4/55
一、引言
背景（续）
虽然这一代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。
11/55
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。
7/55
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。
➢ 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
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。
6/55
背景（续）
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。
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。
5/55
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）
gr v2 / r
在地球上SLR对卫星进行跟踪测量，可以测得卫星的速 度v和离地心的距离r，继而可以求得引力gr。
对于一般的椭圆轨道，当轨道长半径a和GM已知，则测 定r和v可以确定轨道上任意一点的引力位值。
V (r)
GM r
1 2
V(
r
)
2
GM
2a
10/55
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：
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
2/55
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。
3/55
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。
9/55
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：
8/55
二、卫星重力测量原理
0.1、牛顿Leabharlann 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(位置，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。
4/55
一、引言
背景（续）
虽然这一代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。
11/55
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。
7/55
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。
➢ 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
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。
6/55
背景（续）
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。
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。
5/55
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）
gr v2 / r
在地球上SLR对卫星进行跟踪测量，可以测得卫星的速 度v和离地心的距离r，继而可以求得引力gr。
对于一般的椭圆轨道，当轨道长半径a和GM已知，则测 定r和v可以确定轨道上任意一点的引力位值。
V (r)
GM r
1 2
V(
r
)
2
GM
2a
10/55
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：
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
2/55
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。
3/55
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。
9/55
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：