利用非重力衛星觀測值補償時變重力場缺失

《利用非重力衛星觀測值補償時變重力場缺失》是依託武漢大學，由郭靖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用非重力衛星觀測值補償時變重力場缺失
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭靖
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

地球時變重力場反映了地球的物質分布與運動，是研究地球內部物理狀態及海洋和大氣動力學機制及其時空變化的重要約束。雖然於2002年發射的GRACE衛星能夠以較高的時空解析度精確監測全球和區域質量遷移過程，但是由於星載設備因素導致數據經常中斷甚至衛星會隨時退役，而其後續GRACE Follow-on衛星最早才於2017年發射，從而導致時變重力場信息無法連續性監測。本課題將深入研究利用非重力衛星（GNSS、SLR和一般低軌衛星）的觀測值反演具有較高空間解析度的月重力場模型的理論和方法，重點突破重力場參數和軌道動力學參數降耦合、空間基線反演重力場以及月時變重力場空間解析度提升等關鍵問題，從而獲得連續性高精度時變重力場序列，補償GRCAE時變重力場缺失。研究結果將為水文、大氣、海洋和地球物理等地學學科的研究提供科學依據。

結題摘要

地球時變重力場反映了地球的物質分布與運動，是研究地球內部物理狀態及海洋和大氣動力學機制及其時空變化的重要約束。雖然於2002年發射的GRACE衛星能夠以較高的時空解析度精確監測全球和區域質量遷移過程，但是其於2017年退役，而其後續GRACE Follow-on衛星於2018年發射，從而導致時變重力場信息無法連續性監測。本課題深入研究了利用非重力衛星（GNSS、SLR和一般低軌衛星）的觀測值反演具有較高空間解析度的月重力場模型的理論和方法，重點突破重力場參數和軌道動力學參數降耦合、空間基線反演重力場以及月時變重力場空間解析度提升等關鍵問題。並研製相應的軟體系統，補償由於GRACE衛星退役及其後續衛星未正常在軌工作前的時變重力場缺失，以便連續性監測地球系統大尺度的質量遷移過程。本課題研究並實現了利用GNSS衛星和一般低軌衛星觀測值反演時變重力場的理論和方法。分析了GNSS衛星軌道動力學模型和重力場參數的耦合性，並且針對部分導航衛星構建了更為合適的軌道動力學模型。針對影響低軌衛星精密定軌的因素，研究了星載GNSS接收機天線相位中心在軌標定以及非差模糊度固定算法及其對低軌衛星精密定軌的影響，實現了基於星間幾何基線以及KBR觀測值反演重力場。更為重要的是提出通過對低軌衛星星載GNSS相位觀測值進行曆元間差分以求解衛星平均加速度，從而採用平均加速度法反演地球重力場的方法（稱為相位法），相較於現有基於低軌衛星軌道反演重力場模型的方法（能量守恆法、動力學法、短弧法、平均加速度法等），該方法具有更高的精度。實現了基於非重力衛星反演重力場的軟體系統，並生成了相應的月重力場模型。研究結果中軌道動力學模型精化以及解算方法將為我國對地觀測衛星精密定軌提供支撐，時變重力場模型將為水文、大氣、海洋和地球物理等地學學科的研究提供科學依據。