一种新型重力测量卫星系统确定全球重力场的性能分析

作者：徐新禹; 姜卫平; 张晓敏; 周晓青; 丁延卫; 朱广彬

来源：地球物理学报, 2018, 61(06): 2227-2236.

• 半解析法
• 卫星重力梯度
• 卫星跟踪卫星
• 大地水准面

本文设计了一种高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量相结合的新型重力测量卫星系统,其可在一定程度上发挥卫星重力梯度和低低卫星跟踪卫星两种测量模式各自的优势.基于重力卫星系统指标设计的半解析法,深入分析了不同重力测量卫星系统配置和不同观测量及其不同白噪声水平情况下,新型卫星重力测量模式反演重力场模型的能力.数值模拟分析结果表明:在观测值精度和星间距离相同的条件下,轨道高度是影响重力场反演精度的关键因素;随着星间距离的增大,高频重力场信号反演精度会先提高后降低,轨道高度在200350km之间时,星间距离在150180km之间时反演精度最优;星间距离变率和卫星重力梯度两类观测值仅在某些精度配置时可达到优势互补,如果某一类观测值精度很高,则另一类观测值在联合解算时贡献非常小或者没有贡献.在300km轨道高度,若以GRACE和GOCE任务的设计指标1μm·s-1/(Hz)1/2和5mE/(Hz)1/2来配置新型重力测量卫星系统中星间距离变率和引力梯度观测值的精度,联合两类观测值解算200阶次模型大地水准面的精度比独立解算分别提高1.2倍和2.8倍.如果以实现100km空间分辨率12cm精度大地水准面为科学目标,考虑卫星在轨寿命,建议轨道高度选择300km,星间距离变率和卫星重力梯度的精度分别为0.1μm·s-1/(Hz)1/2和1mE/(Hz)1/2.本文的研究成果可为中国研制自主的重力测量卫星系统提供参考依据.

• 单位
  地球空间信息技术协同创新中心; 航天东方红卫星有限公司; 武汉大学; 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心