国际重力卫星研究进展和我国将来卫星重力测量计划_郑伟
国际火星探测计划进展和中国火星卫星重力测量计划研究
Ｍａ ｓＰｏａ ｎ ｅ ， Ｍａ ｓ ｒ ｌ ｒ Ｌａ ｄ ｒ ｒ Ｏｄ ｓ ｅ ｙ ｓ ｙ， Ｓ ｒｔ Ｏｐ ｏ ｔ ｎｉ ｐｉ ， ｉ ｐ ｒｕ ｔ ｙ， Ｍａ ｓ ｒ Ｒｅ ｏ ｎａｓ ａ ｅ ｃ ｎ ｉｓ ｎｃ Ｏｒ ｉｅ ｎ Ｐ ｏ ｎｘ” ｉ ＵＳ ｂ ｔｒ ａ ｄ ｈ ｅ ｉ ｎ Ａ，
Ｍａ ｉｎ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｍｉｓｏ ｓ ａ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｄ．Ｔｈ ｒｉ ｎ ｇ ａ ｉ ｔｏ ａ ｅｄ ｍｏ ｌ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｒｉｎ ｏ ｓ ｒ ａ ｔ ｒ ａ ａ ｕ ｅ ｎ ｓｉ ｎ ｒ ｒ ｓ ｎｅ ｅ Ｍａ ｔａ ｒ ｖ ｔ ｉｎ ｌｆ ｌ ｄｅｓ ｐ ｏ ｕ ｅ ｙ Ｍａ ｔ ｂ ｅ ｖ — ａ ｉ ａ
第３ 卷 第３ １ 期
２０１１ ６月 年
大 地 测 量 与 地 球 动 力 学
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＧＥ０ＤＥＳ ＡＮＤ Ｙ ＧＥ０ＤＹＮＡＭＩ ＣＳ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ３１ ３
Ｊ ｎ ，０ ｕ ｅ ２ １ １
文 章编 号 ：６ １５ ４ （０ １ ０ －０ １ ７ １ ７ －９ ２ ２ １ ）３０ ５ － ０
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国 际 火 星 探 测 计 划 进 展 和 中 国 火 星 卫 星 重 力 测 量 计 划 研 究
郑 伟 许 厚 泽 钟 敏 员美 娟 ’
４ ０７ 、 ３０ ７
厂） １ 中国科学院测量与地球物理研究所 动力 大地 测量学重点实验室 ， 武汉
《测绘学概论》课程笔记
《测绘学概论》课程笔记第一章：测绘学总论1.1 测绘学的基本概念测绘学是一门研究地球形状、大小、重力场、表面形态及其空间位置的科学。
它的主要任务是对地球表面进行测量，获取地球表面的空间信息，并对其进行处理、分析和应用。
测绘学的研究对象包括地球的形状、大小、重力场、表面形态等自然属性，以及人类活动产生的各种地理现象和空间信息。
1.2 测绘学的研究内容测绘学的研究内容主要包括以下几个方面：（1）大地测量学：研究地球的形状、大小和重力场，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
（2）摄影测量学：利用航空或卫星摄影技术，获取地球表面的空间信息，并通过图像处理技术对其进行解析和应用。
（3）全球卫星导航定位技术：利用卫星导航系统，如GPS、GLONASS、北斗等，进行地球表面空间位置的测量和定位。
（4）遥感科学与技术：利用遥感技术，如卫星遥感、航空遥感等，获取地球表面和大气的物理、化学和生物信息，并进行处理和应用。
（5）地理信息系统：利用计算机技术，对地理空间信息进行采集、存储、管理、分析和可视化，为地理研究和决策提供支持。
1.3 测绘学的现代发展随着科技的发展，测绘学进入了一个新的发展阶段。
现代测绘技术主要包括卫星大地测量、数字摄影测量、激光扫描、遥感技术、地理信息系统等。
这些技术的发展，使得测绘工作更加高效、精确和全面，为地球科学、资源调查、环境保护、城市规划等领域提供了强大的支持。
1.4 测绘学的科学地位和作用测绘学在科学体系中占有重要地位，它是地球科学的基础学科之一，为其他学科提供了重要的数据支持。
同时，测绘学在国民经济和国防建设中发挥着重要作用，如土地管理、城市规划、环境监测、资源调查、灾害预警等，都离不开测绘学的支持。
第二章：大地测量学2.1 概述大地测量学是测绘学的一个重要分支，主要研究地球的形状、大小、重力场及其变化，建立地球的数学模型，为各种测量提供基准。
大地测量学具有广泛的应用，如地球科学研究、资源调查、环境保护、城市规划等。
我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望
我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望一、本文概述随着全球经济的不断发展和海洋资源的日益重要，我国海洋大地测量基准与海洋导航技术的研究和应用显得愈发重要。
本文旨在全面概述我国在这一领域的最新研究进展，并对未来的发展趋势进行展望。
海洋大地测量基准是海洋测量的基础，它提供了海洋地理信息的基准框架，对于海洋资源开发、海洋环境保护、海洋灾害预警等方面都具有重要意义。
海洋导航技术则是海洋运输、海洋探测、海上作业等领域的关键技术，其精确度和稳定性直接影响到海上活动的安全性和效率。
近年来，我国在海洋大地测量基准与海洋导航技术研究方面取得了显著进展。
通过实施多项国家重大科技项目，我国在海洋测量设备研制、数据处理方法、系统集成等方面取得了重要突破。
我国积极参与国际交流与合作，推动了相关技术的国际标准化和产业化发展。
然而，面对全球海洋事业发展的新挑战和新机遇，我国在海洋大地测量基准与海洋导航技术方面仍面临诸多问题和挑战。
例如，海洋测量数据的精度和覆盖范围仍有待提高，海洋导航技术的智能化和自主化水平还需进一步加强。
因此，本文在概述研究进展的还将对未来发展策略进行探讨，以期为我国在这一领域的持续发展提供有益参考。
二、我国海洋大地测量基准的研究进展随着我国海洋事业的快速发展，海洋大地测量基准的研究取得了显著进展。
海洋大地测量基准是海洋测量工作的基础，对于保障海洋权益、推动海洋经济发展具有重要意义。
在海洋大地测量基准建设方面，我国已经建立起较为完善的海洋测量基准体系。
这一体系以国家大地测量基准为基础，通过卫星大地测量、海洋重力测量、海底地形测量等手段，逐步实现了从陆地到海洋的无缝衔接。
其中，卫星大地测量技术的发展尤为突出，我国已经成功发射了多颗高分辨率的卫星，为海洋测量提供了丰富的数据源。
在海洋导航技术研究方面，我国也取得了重要突破。
随着北斗卫星导航系统的全面建成和投入使用，我国海洋导航技术迈上了新台阶。
北斗卫星导航系统不仅提高了导航精度和稳定性，还为我国海洋测量提供了自主可控的技术支持。
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。
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。
GPS在航空重力测量中的应用
GPS在航空重力测量中的应用张庆涛;肖云【摘要】航空重力测量系统是以飞机为载体测定近地重力场的一种快速手段,GPS 技术在其中起到了十分关键的作用,本文探讨了GPS在航空重力测量中的作用,并分析了一些试验结果,给出了结论.【期刊名称】《测绘技术装备》【年(卷),期】2005(007)002【总页数】2页(P33-34)【关键词】航空重力测量 GPS 速度加速度【作者】张庆涛;肖云【作者单位】武汉大学测绘学院,武汉,430079;陕西测绘局,西安,710054;西安测绘研究所,西安,710054【正文语种】中文【中图分类】V2航空重力测量系统是以飞机为载体，综合应用重力、GPS、激光、大地测量、无线电、计算机等技术测定近地空中重力加速度的一种新型的重力测量设备。
它的特点是快速获取精度良好(1～3mGal)、分布均匀（3～5km）、大面积的地球重力场信息[1]。
它能够在一些难以开展地面重力测量的特殊区域如沙漠、冰川、沼泽、原始森林等进行作业，较之经典的地面重力测量方法无论是在人力、物力还是在作业便利方面均具有一定的优越性，因此，研制和开发航空重力测量系统具有十分重要的现实意义。
然而，进行航空重力测量须解决一系列十分复杂的技术难题，其中包括了如何精确地确定飞机的实时位置、速度和垂直加速度，这一问题依靠GPS技术解决。
GPS在航空重力测量中的作用有三个，即动态定位、动态测速和加速度测定。
确定了飞机的位置重力测量值才有意义，有了速度才能计算如厄特弗斯等一些改正项，加速度是重力测量值中的噪声，需要从观测值中剔除，任何一项必不可少[2，3]。
2.1 动态定位航空重力测量中的位置信息用动态GPS设备提供，因为测量数据在计算空中重力异常时总要在一定的间隔内进行平滑，故对位置精度要求不高。
通常水平重力梯度大小即重力在水平面上的变化，约为1mgal～5mgal/km，所以一般用C/A码单点定位，平面坐标精度达到百米级就足够了。
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。
基于卫_卫跟踪观测技术利用能量守恒法恢复地球重力场的数值模拟研究_郑伟
Numerical simulation of Earth' s gravitational field recovery from SST based on the energy conservation principle
ZHENG Wei , SHAO Cheng_ Gang , LUO Jun
[ 12] [ 3] [ 4 , 5] [ 2] [ 1]
2. 1 能量观测方程 在惯性系中卫星的观测方程建立如下 : Ek ×1 = D k ×n · un ×1 , ( 1) 其中 , Ek ×1 表示卫星的观测值 , k 表示卫星轨道观测 点的个数 . D k ×n 表示 k 行 n 列的长方形转换矩阵 , n =Lmax +2 Lmax -3 , Lmax 表示地球重力位按球谐函数 展开的最大阶数 . un ×1 表示待求的重力位系数 . 在惯性系中 , 卫星的运动方程建立如下 : ¨ = F +f , r ( 2) 其中 , ¨ r 表示卫星总的加速度 , F 表示作用于卫星的 单位质量的保守力之和 , F =F e ( r , t) +F T ( r , t) . F e( r , t) 表示地球的引力 , FT ( r , t) 表示三体摄动力 ( 太阳 、月球 、地 球固体 潮汐 力和广 义相 对论 效应 等) , r 表示卫星的位置矢量 . f 表示作用于卫星的 单位质量的非保守力之和 , 包括大气阻力 、 太阳辐射 压、 地球辐射压和轨道控制力等 . 在方程( 2) 两边同 时乘以速度 ﹒ r, r ·¨ ﹒ r =﹒ r ·( F e +F T )+﹒ r ·f , 其中 , F e 和 FT 可表示为 F e( T) = Ve( T ) r, ( 4) 其中 , Ve 表示地球重力位 , Ve = V0 +T e .V0 表示 地球中心重力位 , V0 =GM r . r 表示卫星的地心半 径 , r = x +y + z . x , y , z 表示位置矢量 r 的分 量. GM 表示地球质量 M 和万有引力常数 G 之积 . T e 表示扰动位 , VT 表示三体摄动能 . 方程( 4) 可改 写为 d Ve( T) Ve( T) Ve( T) dr d t = r · dt + t Ve(T) . t 将方程( 5) 代入方程( 3) 中 , 两边并同时积分得 =F e(T) · ﹒ r + 1 2 d Ve Ve |﹒r | = dt + 2 dt t
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测绘科学 第 35卷
表 1 地球和月球重力测量卫星参数对比
> 2年
9月
轨道高度 454～300 km 500～300 km 250 km
250 km
50 km
轨道倾角
87°
89°
9615°
89°
89°
轨道离心率
< 01004
< 01004
01001
< 01004
< 01004
星间距离
—
220 km
—
50 km
175～225 km
测量模式
SST2HL
SST2HL /LL SST2HL / SGG SST2HL /LL SST2HL /LL
【关键词 】重力卫星 ; CHAM P; GRACE; GOCE; GRACE Follow2On; GRA IL 【中图分类号 】P223 【文献标识码 】A 【文章编号 】100922307 (2010) 0120005205
1 引言
21世纪是人类利用卫星跟踪卫星 ( SST)和卫星重力梯 度 ( SGG)技术提升对地球 、月球 、火星和太阳系其他行星 认知能力的新纪元 。地球重力测量卫星 CHAM P ( Challenging M inisatellite Payload)和 GRACE ( Gravity Recovery and Climate Experiment)的成功升空以及 GOCE ( Gravity Field and Steady2 State Ocean Circulation Exp lorer) 、 GRACE Follow2On 和月球 重力探测卫星 GRA IL ( Gravity Recovery and Interior Laborato2 ry)的即将发射昭示着人类将迎来一个前所未有的卫星重力 探测时代 。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 [1, 2 ] 。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 [328 ] 。
特征如表 2所示 。
表 2 CHAM P科学目标和技术特征
卫 星
CHAM P
①探测长波地球重力场及其时变量 ;
科学目标 ②探测地球磁场及其时变量 ;
③探测电离层和中性大气结构及其时变量 。
①GPS星座精密定轨的精度为 011 m;
技术特征 ②STAR加速度计测量非保守力的精度为 3 ×10 - 9 m / s2 ; ③恒星敏感器精密控制姿态的指向精度为 4″;
的轨道 高 度 , 但 在 轨 道 高
度处重力场 信 号的 衰减 是
它的主 要 弱 点 。这 个 弱 点
在后来设计 GRACE时得到
了较好 的 解 决 , 其 基 本 思
想是采用物 理 中描 述小 尺 度特 性 的 经典 微 分 方 法。 CHAM P的科学目标和技术
图 2 CHAM P重力 测量原理图 [ 10]
E2mail: wzheng@ asch1whigg1ac1cn
收稿日期 : 2008209227 基金项目 : 中国科学院知识创新计划 ( kzcx22yw2202 ) ; 国家 “863 ”计 划 ( 2006AA09Z153 ) ; 国 家 自 然 科 学 基 金 (40674038, 40674013)
②确定周期为 2 ～ 4星期的地球重力场变化 , 年大地水
准面的变化精度达到 01001 ～ 0101 mm;
③探测电离层和中性大气结构及其时变量 。
①K / Ka微波系统的星间测速精度为 1μm / s;
②GPS卫星精密定轨的精度为 5 cm; ③SuperSTAR加速度计测量非保守力的精度为 3 ×10210
④磁力计测量标量和矢量磁场的分辨率为 10 PT。
212 GRAC E双星 GRACE2A /B 由 美 国 宇 航 局 ( NASA ) 和 德 国 航 天 局
(DLR)合作研制 (如图 1和表 1 所示 ) 。它采用 SST2HL /LL 测量模式 , 除利用高轨 GPS卫星对低轨双星精密跟踪定位 , 同时两颗低轨卫星在同一轨道平面内前后相互跟踪 (星间距
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 [9 ] 。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 。
2 国际重力卫星研究进展
211 CHAM P单星 CHAM P是由德国波兹坦地学研究中心 ( GFZ)独立研制
的世界上首颗采用 SST2HL的专用重力测量卫星 (如图 1和表 1所示 ) 。它采用近圆极地轨道 , 总质量为 52215 kg, 高度 为 750 mm , 横梁和卫星的主体总长为 8333 mm (其中横梁 长为 4044 mm ) , 卫星的面质比为 1138 ×10 - 3 m2 / kg。通过
m / s2 ; 技术特征 ④冷气 微 推 进 器 精 密 控 制 轨 道 的 推 进 力 灵 敏 度 为
011 μN;
⑤恒星敏感器精密控制姿态的指向精度为 011°;
⑥质心调节装置校正星体和加速度计质心重合的精度为
10 ～ 50 μm。
213 GO C E单星
表 4 GOCE科学目标和技术特征
卫 星
作者 简 介 : 郑 伟 ( 19772) , 男 , 山 西 太 原人 , 中国科学院测量与地球物理研究 所 , 助理研究员 , 理学博士 , 日本京都 大学 博 士 后 , 日 本 JSPS Project Fellow2 ship外籍特别研究员 , 主要从事基于卫 星重力测量恢复地球和月球重力场的理 论和方法等方面研究 。
空间分辨率
285 km
166 km
80 km
55 km
110 km
星载 GPS接收仪采用距地面 20000 km的高轨 GPS卫星对低
轨 CHAM P进行精密跟踪定位 , 通过安放在卫星质心处的
STAR静电悬浮加速度计实时测量 CHAM P在轨道处受到的
非保守力 (如图 2所示 ) 。然
而 , 尽管 CHAM P具有较低
【摘 要 】本文首先分别介绍了国际已经成功发射的专用地球重力测量卫星 CHAM P、 GRACE以及即将发射的 GOCE 、 GRACE Follow2On和专用月球重力探测卫星 GRA IL 的研制机构 、轨道参数 、关键载荷 、跟踪模式 、测量 原理 、科学目标和技术特征 ; 其次 , 阐述了当前相关学科对地球重力场测量精度的需求 ; 最后 , 建议我国在将来 实施的卫星重力测量计划中首选卫星跟踪卫星高低 \ 低低模式 , 尽快开展轨道参数优化选取的定量系统研究论证 和重力卫星系统的误差分析 , 依据匹配精度指标先期开展重力卫星各关键载荷的研制以及尽早启动卫星重力测量 系统的虚拟仿真研究 。
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
第 35卷第 1期 2010年 1月
测绘科学 Science of Surveying and M app ing
Vol135 No11 J an1
国际重力卫星研究进展和我国将来卫星重力测量计划
郑 伟 ①② , 许厚泽 ① , 钟 敏 ① , 员美娟 ③
( ①中国科学院测量与地球物理研究所 ,武汉 430077; ②日本京都大学防灾研究所 , 京都 61120011; ③武汉科技大学应用物理系 , 武汉 430081)
精度的地球重力场模型 , 将 主要应用于地球物理学 、海
洋学 、气象学 等 领域 。由于
CHAM P和 GRACE 具有不同 的轨道 高 度 和 由 此 产 生 不 同
的轨道扰动波谱 , 因此两颗 卫星可以互相取长补短 , 联 合确定 一 个 高 精 度 和 长 周 期
重力场模型 。 GRACE科学目 标和技术特征如表 3所示 。
图 3 GRACE重力 测量原理图 [ 10]
表 3 ACE科学目标和技术特征
卫 星