联合GRACE卫星和GPS星座确定地球重力场模型的研究

论文摘要

卫星重力测量是确定地球重力场模型的重要手段。GRACE任务的成功实施使地球重力场模型有了前所未有的精度和时空分辨率,其确定的时变地球重力场模型也让人们对地球系统的质量迁移有了新的认识来源。在GRACE数据处理过程中,国内学者多采用分步骤进行重力卫星定轨和重力场模型确定的“两步法”,随着相关解算模型和计算条件的发展成熟,实现理论上更加严密的联合导航卫星和重力卫星各类型观测值的“一步法”解算是重力场模型解算发展的趋势。目前国内已经有学者实现了利用星载GPS观测值进行直接解算的狭义动力学“一步法”,本文将进一步研究如何完成联合GPS和GRACE观测值的广义动力学“一步法”解算。限于研究精力,为了防止造成观测模型误差与轨道模型误差的耦合,便于进行误差控制,文中考虑先使用GPS和GARCE卫星的精密轨道数据作为伪观测值进行广义“一步法”的方法实现。根据确定地球重力场模型的动力学积分方法原理,文中深入研究了GPS卫星受到的非保守力中最主要的部分——太阳辐射压模型的建立,同时讨论了不同型号GPS卫星姿态偏航角在不同时期(名义姿态、地影期和机动期)的确定方法,最后单独使用GPS卫星解算了一组低阶时变重力场模型,联合GPS和GRACE卫星解算了一组60阶的时变重力场模型,将解算的结果与国际上其他机构的结果进行了对比分析。本论文的主要工作如下:1.在对确定重力场模型的动力学方法深入学习的基础上,研究动力学“一步法”的观测模型,编写程序,搭建使用轨道数据做为伪观测值的解算平台。2.深入研究分析GPS卫星姿态的确定方法,明确卫星处于不同时期的星固系轴系指向,实现了卫星轨道数据到偏航角的转换过程,为光压模型的建立做好准备工作;给出了CODE系列的经验型光压模型,使用不同光压模型拟合的初始时刻参数进行轨道积分,比较了不同模型的预报精度,最终解算中选择了使用原始版本的九参数模型。3.利用GPS轨道解算了一组低阶重力场的时变模型,解算中得到的光压参数(D方向常数项参数)与GAMIT解算的量级和变化周期一致,将C20项时间序列的变化趋势与其他机构使用SLR、GARCE解算的结果进行了相比。4.联合GPS和GRACE轨道数据解算了一组时变重力场模型。解算得到的轨道初始参数的积分轨道与原始轨道的差值均方差处于厘米量级;光压参数比GPS单独解算的结果在一些时段有改善;解算的C20项时间序列变化趋势与GFZ的GRACE单独解算结果一致;模型各阶次方差的分布与其他机构类似,阶方差在高阶项的内符合精度优于JPL的结果,大地水准面累积误差优于JPL的结果;时变模型的等效水高变化分析中在亚马逊地区和非洲南部展现出了明显季节信号。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及目的
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 卫星重力模型
•     1.2.2 GPS卫星姿态与非保守力
•   1.3 主要研究内容
• 第二章 确定地球重力场的动力学方法
•   2.1 坐标与时间系统
•     2.1.1 时间系统
•     2.1.2 坐标系统
•   2.2 轨道方程
•   2.3 卫星受力模型
•     2.3.1 地球引力
•     2.3.2 N体引力
•     2.3.3 潮汐摄动力
•     2.3.4 相对论效应
•     2.3.5 非保守力
•   2.4 广义“一步法”模型的建立
•   2.5 本章小结
• 第三章 GPS卫星姿态和光压模型的确定
•   3.1 GPS卫星姿态
•     3.1.1 名义偏航姿态模型
•     3.1.2 GPS卫星偏航姿态模型
•     3.1.3 实例分析
•   3.2 GPS光压模型
•   3.3 本章小结
• 第四章 联合GPS+GRACE解算地球时变重力场
•   4.1 使用GPS轨道解算低阶重力场
•   4.2 GPS+GRACE确定时变重力场模型
•     4.2.1 GPS积分轨道与插值轨道对比
•     4.2.2 GPS光压参数分析
•     4.2.3 时变重力场模型分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文的主要工作及成果
•   5.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵敏星

导师: 邹贤才

关键词: 时变重力场,动力学一步法,姿态模型,光压模型

来源: 武汉大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 武汉大学

分类号: P223.4

总页数: 72

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