利用champ科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第31卷第2期武汉大学学报·信息科学版Vo}．31No．22006年2月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityFeb．2006文章编号：1671—8860(2006)02一O172—04文献标志码：A利用CHAMP科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场周旭华吴斌彭碧波许厚泽(1中国科学院测量与地球物理研究所，武汉市徐东路340号，430077)摘要：基于卫星动力学理论，采用德国地球科学中心GFZ提供的CHAMP精密轨道数据和星载加速

2、度计数据，反演了36阶地球重力场模型CDSO1S。用不同模型之间的位系数差比较模型(：DSO1S、EIGEN3P、EIGEN1S反EGM96，表明CDS01s模型的位系数最接近于EIGEN3P；比较上述几种模型的位系数精度，表明CDS01S模型的位系数精度高于EGM96；用CDS01s和GGM0lc的前3O阶位系数分别计算全球2。×2。网格的大地水准面起伏，两者之间的标准偏差为4，7cm。关键词：CHAMP卫星；轨道和加速度数据；地球重力场；大地水准面中图法分类号：P223自1957年人造地球卫星升空以来，卫星重力EIGEN一2模型的精度，

3、则在500km尺度上，分别研究就受到大地测量界广泛关注。早期的地球重小于10cm和0．5reGal。GFZ的动力学法恢复力场模型研制主要是利用地面卫星跟踪资料获取地球重力场，从理论』二讲，计算过程严密，计算数地球重力场的长波部分，利用地面重力观测和卫据量大，复杂化程度高，需要有高质量的计算机硬星测高资料等获取地球重力场的中、短波长部分。件条件支持。近年来，随着空间技术的发展，实施专用的重力卫利用能量法反演CHAMP地球重力场近年星技术已成为可能。2000年7月德国GFZ(Geo来也得到了许多学者的关注，原因是，从理论上ForschungsZ

4、entrum)发射的高低卫卫跟踪观测说，能量法不受先验的地球重力场模型约束，涉及技术卫星CHAMP(challengingminisatellite动力学模型少，能直接提供一个仅与卫星数据有payload)，迈出了卫星重力测量的重要一步。关的地球重力场模型。目前利用能量法得到2002年3月美国与欧洲联合发射的低低卫卫跟CHAMP地球重力场模型的学者很多，如踪观测技术卫星GRACE(gravityrecoveryandGerlach[4]、Visser、徐天河等。与以前的地球climateexperiment)，充分展现了卫星重力测量重力场模

5、型相比，无论是用动力法还是用能量法技术的优越性。cHAMP和GRACE重力卫星得到的CHAMP地球重力场模型，都不同程度地主要是用于高精度地球重力场的中、长波测量以改善了长波部分的精度。及长波的时变测量。我国对军事测绘及地震监测等多方面有迫切CHAMP是一颗利用高低跟踪技术确定地球重力场的重力卫星。目前。国际上利用要求，发射我国自主的卫星重力系统是发展所需，CHAMP资料反演的地球重力场模型很多，如德目前的中心问题是要完成卫星重力系统的预研工国GFZ利用卫星动力学方法反演的地球重力场作，包括预期目标及实施的可行性。为此，本文针模型EIGEN

6、一1S_1、EIGEN一2E]和EIGEN3P对CHAMP高低跟踪观测模式，编制软件，处理等。如果用大地水准面和重力异常误差描述数据资料，反演地球重力场。收稿日期：2005—11—09。项目来源：国家自然科学基金资助项目(40234039)；中国科学院科技创新工程重点资助项目(KJCX2一SW—T1，KJCX3一SW一132)；国家863计划资助项日(2oo2AA639280)。维普资讯http://www.cqvip.com第31卷第2期周旭华等：利用CHAMP科学轨道数据和星载加速度计数据反演地球重力场173的阶方差可定义为：1计算原理

7、厂————————————一一√l+△s(5)其中，△C、AS~,n为两种模型之间相应的位系数假定U为卫星位置上的引力位，则其球谐函之差。数表达式为：U：：：GM——．2加速度数据标定[H(ae)‘∞+Stunsisin0)]根据CHAMP数据格式说明，可按下列公式(1)求得加速度计修正值：其中，GM为地球引力常数；r为空间点至地心的a一k(，一6)(6)距离；0,A分别为空间点的地心纬度和经度；＆为式中，i1，2，3分别表示坐标轴Y和2三个方地球赤道半径；P．为”阶Ⅲ次勒让德多项式；向；a表示修正后的i方向上的加速度数据；／、bC、S为”

8、阶m次地球引力位系数。和k分别表示第i个方向上的加速度未修正值人造地球卫星在惯性系中的加速度为：(包括洛仑兹力改正量和模型改正量)、偏差参数—EU+a(2)和尺度因子。其中，“为