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能量守恒方法恢复CHAMP卫星地球重力场模型

专 业: 固体地球物理学
关键词: 卫星重力 非保守力加速度 能量守恒 地球重力场
分类号: P312.1
形 态: 共 68 页 约 44,540 个字 约 2.131 M内容
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内容摘要


利用能量法恢复地球重力场的理论早在卫星技术应用于重力研究的初期就已经被提出。

直到重力卫星CHAMP升空,有了精密卫星轨道和精确测定非保守力的加速度计数据才使这种方法从理论变为现实。

本论文主要探讨利用能量守恒方法由CHAMP卫星精密星历和加速度数据恢复地球重力场模型的原理和方法,本文的主要内容和创新点概括如下:1.讨论了能量守恒方法恢复地球重力场的基本原理。

用经典力学的方法给出了重力卫星在地心地固系和地心惯性系下顾及地球自转和非保守力能量损耗的能量守恒方程,为利用能量守恒方法反演地球重力场提供理论依据。

2.对卫星受到的除地球引力外的其他保守力的作用做了详细分析,对其中影响最大的日、月摄动位与日、月引潮力附加位的计算方法给出了具体的计算公式。

并且分析了能量守恒方法恢复地球重力场的误差源及量级。

3.详细研究了由CHAMP卫星加速度计数据提取惯性系下非保守力加速度的计算方法和步骤。

探讨了对加速度修正参数标校的两种方法:

现有重力场模型法和卫星轨迹交叉点平差法。

讨论了加速度数据中姿态数据间断的处理方法。

4.提出了相邻历元间差分建立恢复重力场位系数方程组的理论。

并且基于该方法,利用三个不同时间段的数据恢复了三组50阶次的地球重力场模型GFM01、GFM02和GFM03.5.将基于能量守恒方法恢复的GFM系列地球重力场模型与EGM96模型和EIGEN-CG01C模型比较:

30阶以前位系数差的阶误差方根小于1.0×10-8,30阶以后位系数差的阶误差方根也小于2.5×10-8。

本论文基于能量守恒方法,恢复了三组50阶次的地球重力场模型,通过与国际上同行的重力场模型比较,结果表明了能量守恒方法恢复低阶地球重力场位系数的有效性,同时也验证了CHAMP卫星对地球中、长波重力场的敏感性..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1引言
1.2地球重力场研究的现状
1.2.1地球重力场模型研究的回顾
1.2.2应用卫星技术探测地球重力场
1.2.3时变重力场
1.3重力卫星简介
1.3.1 CHAMP卫星简介
1.3.2 GRACE卫星简介
1.3.3 GOCE卫星简介
1.4本文的主要研究内容和结果
第二章 卫星重力学的理论基础
2.1重力场与位理论
2.1.1重力位的概念
2.1.2曲面外部拉普拉斯方程分离变量有限解的一般形式
2.1.3地球引力位的级数展开式
2.2卫星重力学的坐标系统与时间系统
2.2.1坐标系统
2.2.2时间系统及其相互关系
2.3卫星轨道理论简介
2.3.1卫星的轨道一般理论
2.3.2 CHAMP卫星轨道的精密确定
2.4本章小结
第三章 能量守恒方法恢复地球重力场的基本原理
3.1能量守恒方程在不同坐标系的表达与统一
3.2日、月对卫星的三体摄动位和引潮力附加位的计算
3.2.1日、月对卫星的三体摄动位
3.2.2日、月引潮力附加位
3.2.3永久潮汐的处理
3.3加速度数据的处理
3.3.1加速度数据的标校
3.3.2加速度数据的坐标转换
3.3.3加速度数据处理过程中值得注意的几个问题
3.4、能量守恒法恢复地球重力场数学模型
3.5误差分析
3.5.1卫星动能的误差分析
3.5.2位旋转效应项的误差分析
3.5.3加速度计误差分析
3.5.4地球中心引力项的误差分析
3.5.5其他保守力模型的误差分析
3.6重力场恢复计算方法
3.6.1直接法
3.6.2半解析方法
3.6.3快速最小二乘配置方法
3.6.4各种方法的优缺点分析
3.7本章小结
第四章 CHAMP卫星的轨道数据处理
4.1星历数据和加速度数据
4.1.1关于CHAMP卫星相关知识
4.1.2 CHAMP卫星的轨道数据
4.1.3 CHAMP卫星的加速度数据
4.2加速度数据标校参数的确定
4.2.1现有重力场模型标定加速度数据尺度因子及偏差参数
4.2.2卫星轨迹交叉点标定加速度数据尺度因子及偏差参数
4.3提取惯性系下的非保守力摄动加速度
4.3.1 CHAMP卫星的姿态数据的获取
4.3.2相关坐标系的定义
4.3.3三轴姿态的确定
4.3.4惯性系下非保守力加速度的计算
4.4线性插值姿态数据对惯性系下非保守力加速度数据的影响
4.4.1姿态间断数据的统计
4.4.2姿态数据的日变化性质分析
4.4.3线性插值的精度分析
4.4.4姿态数据随机数据段的插值精度分析
4.4.5结论
4.5本章小结
第五章 地球引力场位系数的解算与结果分析
5.1恢复地球重力场的两历元间差分方法
5.2运用最小二乘法求解
5.3计算结果与分析
5.3.1 GFM系列重力场模型与其他模型阶误差方根结果
5.3.2 1°×1°大地水准面高及重力异常的差值统计结果
5.3.3 1°×1°大地水准面高的差值结果
5.4本章小节
第六章 本文总结与展望
6.1本文总结
6.2卫星重力学展望
参考文献

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中图分类: > P312.1 > 天文学、地球科学 > 地球物理学 > 大地(岩石界)物理学(固体地球物理学) > 重力学与地球形状学

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