地球卫星重力场模型及其应用研究进展

本文在简述地球重力场模型发展历程的基础上,对地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行综述。第一,回顾了卫星重力测量技术的发展历程,并对CHAMP、GRACE、GOCE和GRACE-FO任务进行了详细介绍。第二,阐述了目前主要的卫星重力反演方法及其改进现状。第三,介绍了目前国际上主要机构反演的地球卫星重力模型,并分别对CHAMP-Only、GRACE-Only和GOCE-Only的系列模型进行对比分析。第四,综述了地球卫星时变重力场场模型的应用研究进展。第五,对钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队在地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行了概述。最后,对未来地球卫星重力场模型研究进行了展望,提出了研究建议。     

应用卫卫跟踪数据恢复地球重力场的模拟分析

探讨了应用卫卫跟踪(SST)卫星星历、星间距离和星间距离变率数据来恢复地球重力场的数学模型和算法,利用卫星动力学法恢复了直到40阶的地球重力场模型.结果表明:在仅模拟5 cm轨道误差、10μm星间距离误差及1μm.s-1星间距离变率误差的情况下,采用星间距离恢复的结果比采用星间距离变率恢复的结果精度要高,说明SST距离测量比SST距离变率测量对重力场的扰动更敏感.     

卫星轨道摄动与地球重力场之间的关系

本文描述了地球重力场对卫星的非球形摄动影响的基本原理,以高轨道GPS卫星和低轨CHAMP卫星为例,给出了数值计算结果与分析.     

低轨重力卫星现状及其重力场模型精度分析

文章介绍了低轨重力卫星探测理论及技术的发展,目前已经发射的低轨卫星CHAMP、GRACE、GOCE的状况,以及各重力卫星的搭载、主要探测应用目标。介绍了地球重力场模型的发展,并介绍了利用已有的低轨重力卫星数据反演的重力场模型,对部分低轨重力卫星所获取的重力场模型的精度进行了分析。我们认为低轨重力技术还有很大的发展空间,低轨重力卫星重力场模型高阶项的系数阶方差是逐渐增大的,其精度有限,低阶的位系数精度是比较可靠的。而在南北极地区,应用高阶次的球谐系数是可行的。     

卫星重力梯度数据用于精化地球重力场的研究

确定厘米级大地水准面和发展超高阶地球重力场模型是现代物理大地测量的主要科学目标之一。卫星重力梯度测量的实现将为这一目标做出重大贡献。文章着重评述这一领域的研究进展，并讨论利用卫星重力梯度数据精化地球重力场的若干理论和方法问题。     

重力卫星时变重力场条带误差加权平均滤波算法

GRACE(Gravity Recovery And Climate Experimen)时变重力场条带误差直接影响着陆地水储量反演精度。本文采用加权平均滤波算法用于削弱此类误差,该算法简单有效,易于通过编程实现。采用CSR(Center for Space Research of Texas University in Austin)提供的Level-2 RL05版本时变重力场模型反演2009年5月全球陆地水储量变化情况和2010年中国西南地区干旱事件,在处理条带误差时利用加权平均滤波算法,并将结果与其他方法进行比较。比较结果表明：加权平均滤波算法与传统算法处理效果基本一致,验证了本文算法的有效性和可靠性。     

重力卫星时变重力场去相关滤波算法参数选择

由于重力场模型球谐系数高阶次项相关误差,利用GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)时变重力场反演地表质量迁移的结果会呈现出显著的南北条带误差。而滑动窗口多项式滤波算法是处理相关误差的有效方法之一,为了提高该算法的去相关效果,本文根据对GRACE时变重力场模型数据的去相关处理结果,分析并选取该算法的最优参数。实验结果表明：GRACE时变重力场的起算阶数、滑动窗口宽度和多项式阶数应分别选取15阶、5个点和4阶。     

多源卫星重力数据融合研究进展

分析了GOCE和GRACE等重力卫星数据在频谱上的互补性,指出了多源卫星重力数据融合的必要性,总结了多源卫星重力数据融合的研究进展和相关成果,特别是GOCO和EIGEN系列模型.在此基础上,探讨了目前多源卫星重力数据融合中存在的问题,如地形影响处理、位系数与数据的对应关系、数据权重分配等.最后,对多源卫星重力数据融合研究提出了一些建议.     

超低地球轨道卫星大气阻力预测与影响因素分析

为了对超低地球轨道卫星的大气阻力进行有效预测和分析,该文基于自由分子流试验粒子Monte Carlo方法,通过嵌入多种国际主流大气模型,开发了一套低地球轨道任意复杂外形航天器气动特性预测的通用三维并行软件,并以GOCE卫星为研究对象,计算并分析了该卫星的大气阻力特性,研究了大气模型参数、飞行高度、轨道纬度和经度等因素对大气阻力的影响规律。结果表明:随着高度的增加,阻力急剧减小,阻力系数却单调增大,卫星阻力的预测对大气模型的敏感性增强;轨道纬度和经度变化的影响主要体现在通过影响来流大气参数而间接影响阻力系数和卫星阻力,大气温度和组分影响阻力系数,而阻力系数和来流大气密度共同决定卫星阻力;随着轨道纬度和经度的变化,卫星阻力和阻力系数均呈现非单调的波动性变化。研究表明:JB2008和DTM-2013大气模型表现相近,而USSA-1976、 Jacchia-1977和NRLMSISE-00大气模型计算出的阻力都较前两者偏高。     

卫星系统与地球轨道概述

1卫星系统 典型通信卫星平台包括下列系统。 1.1通信和数据处理系统通信和数据处理系统执行3个独立功能：接收和解调从地面站通过指令链路发射给卫星的信息;通过数据链路发送记录（遥控）数据或实时数据至地面接收站;通过遥测链路发送平台设备数据和其他遥测数据至地面站。     

重力加速度的分布

从重力场中的高斯定理出发 ,讨论地球表面、地球内部和地面上空重力加速度的分布     

全球重力固体潮的可视化模拟

为了更直观地观察分析各种重力固体潮在全球范围的分布规律及随时间变化的规律,根据固体潮理论。采用刚体地球潮汐理论模型,根据特定的时间段和时间间隔(分别为1 min,30min,1h,6 h)计算全球1°×1°空间分辨率上的重力固体潮的理论值。实现了全球重力固体潮在二维和三维尺度上的可视化。     

基于差分进化算法的重力固体潮信号独立分量分析

为了提取出重力固体潮信号中的独立谐波成分,基于地球自转与月球、太阳相对于地球轨道变化的正交关系建立一个天体间引潮力的分解模型.为了实现对三者所产生的潮汐谐波的分解,将差分进化算法用于独立分量分析中,用以提高整个算法的效率,改进实验的观测精度,从而更有效的得到与该模型相一致的独立成分.实验中,对昆明地区的实测信号进行了处理并与理论值进行了对比,结果表明,该方法可以将重力固体潮信号中各潮汐谐波分量间关系揭示出来且与分解模型相对应,各分量所含的频谱信息与理论值相一致,说明该方法是一种有效的、对重力固体潮信号进行独立分量分析的新方法.     

有挠时空的引力与电磁场统一模型下的旋量场方程

在内部空间和4维时空引入挠率，建立有挠时空的引力与电磁场的统一理论。利用标架场得到有挠时空的旋时场方程。     

重力位模型和GPS/水准数据确定区域似大地水准面

为了有效的利用GPS观测的高程信息,实现GPS观测值中的椭球高向正常高转化,采用EGM96和EIGEN-CG01C重力位模型和某区域的GPS/水准观测数据,应用几何方法确定了该区域1.5'×1.5'分辨率的似大地水准面格网数值模型.该似大地水准面模型内插高程异常与实测GPS/水准点的高程异常进行比较,内符合精度和外符合精度均优于0.040米.表明在地形平坦地区,用平均点间距为10KM的GPS/水准点成果,可以确定厘米级的似大地水准面模型,结合GPS观测成果可以取代四等及以下几何水准测量.     

一种集成网络编码的低轨卫星网络多径路由方法

针对星际链路的时变性、不可靠性和间断性连接的特点使得在低轨卫星网络中应用多径路由技术产生报文乱序和报文丢失现象,提出一种集成网络编码的多径路由方法。理论分析表明,在同等多路径数目和报文丢失率条件下达到相等的报文投递率,该方法的传输性能优于传统的多径路由方法。通过扩展ns-2软件并进行仿真实验,比较2种方法在不同的多路径数目、冗余因子和链路报文丢失率条件下的报文投递性能,仿真结果验证了理论分析的正确性,表明采用该方法可显著提高多径路由传输的可靠性,节省星上通信资源并在一定报文丢失范围内提升多径路由的容错能力。     

月球重力场模型研究进展及展望

第一,整理了自人类开始探月以来所有和月球重力相关的探测卫星,以及自学者开始研究月球重力场以来所有重要的月球重力场模型。第二,根据探月跟踪模式的发展过程,详细介绍了各阶段跟踪模式的原理,并以示意图的形式展现,同时列举了各阶段跟踪模式下的重力场模型。第三,对月球重力场反演方法进行了介绍,主要包括短弧积分法和天体力学法。第四,对各个探月阶段具有代表性的重力场模型进行介绍,主要包括：8×4重力场模型、Lun60D、LP165P、SGM100i和GL0420,并进行了精度对比,发现最新一代模型精度比之前提高了4个数量级。第五,介绍了本团队在月球重力探索方向研究进展。第六,介绍了月球重力场模型在探究月球内部构造和卫星定轨方面的应用,并结合现代技术以及目前重力场反演的不足,提出以后可以改进的方案：应用重力梯度仪和获取月球表面真实重力数据。     

重力卫星串联编队仿真分析

现有重力卫星任务存在时空分辨率不足、时空混频以及重力场信号各向异性等局限性.分别对重力卫星串联编队的轨道高度、轨道倾角、星间距离等指标进行仿真分析,就重力卫星串联编队星座模式对重力场时空分辨率的影响进行了数值分析.结果表明,卫星轨道高度的选择需要兼顾重力场信号衰减和卫星寿命等因素,以维持在300～400 km为优;轨道倾角选择应充分考虑极空白问题的影响,极空白区大小不宜超过6°;星间距离大于250 km时,重力场精度的提升并不明显,重力卫星串联编队星间距离设为50～100 km为优.重力卫星串联编队星座模式可同时有效提升地球重力场时空分辨率,实现时变重力场的各向同性探测.     

绿色加筋格宾挡墙现场试验研究

对浙江省绍诸(绍兴-诸暨)高速公路K38+398 km断面的绿色加筋格宾挡土墙进行现场试验,测试竖向土压力、水平土压力、筋材拉应变和加筋体侧向变形的分布规律.研究结果表明:在施工过程中,墙趾附近的基底土体内存在应力主轴偏转现象;施工结束后,距墙趾1 m处的基底水平土压力和45°方向的土压力比竖向土压力大;挡墙内竖向土压力在筋长方向上呈非线性分布,在挡墙下部呈单峰形而上部呈双峰形;面墙后的水平土压力在施工期先增加后减小,沿墙高呈非线性分布,最大值发生在1/3H(H为墙高)处,实测水平土压力远小于理论主动压力和传统有面板加筋上挡墙的墙背水平土压力;筋材的拉应变在靠面墙侧最大,沿筋长方向逐渐减小,在筋材末端又略有增大;加筋体的侧向变形沿墙高呈鼓胀形,最大侧向变形也发生在1/3H处.     

Effects of gravity field on glass forming ability in ZrTiCuNiBe alloy

The solidification and glass forming ability of Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5 bulk glassy forming alloy is investigated by Bridgman unidirectional solidification at different growth velocities under different gravity field orientations. Large differences in glass formation, undercooling and crystallization morphology on different solidification conditions have been found and discussed from the point of view of gravity induced convection. The results are useful for understanding the nucleation and growth in the melt and glass formation mechanism in the alloy.