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卫星重力测量技术的应用对于地球重力场的反演具有划时代的意义,是当今大地测量领域的研究前沿和关注热点之一,我国目前在该领域研究尚属起步阶段。文章介绍了重力卫星测量系统的组成,研究了GPS相对定位与定时在重力卫星K波段测距系统(KBR)微米级测距中的作用,给出了利用双频GPS相对定位与定时结果修正KBR测距的方案,并通过仿真实际应用对该方案进行验证。验证结果表该方案可达到重力卫星测量的要求。
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GPS在卫星在卫星KBR测距中的应用测距中的应用
卫星重力测量技术的应用对于地球重力场的反演具有划时代的意义,是当今大地测量领域的研究前沿和关注热
点之一,我国目前在该领域研究尚属起步阶段。文章介绍了重力卫星测量系统的组成,研究了GPS相对定位与
定时在重力卫星K波段测距系统(KBR)微米级测距中的作用,给出了利用双频GPS相对定位与定时结果修正KBR
测距的方案,并通过仿真实际应用对该方案进行验证。验证结果表该方案可达到重力卫星测量的要求。
地球重力场是地球的一个基本物理场,重力场及其变化反映了地球表层及其内部的物质分布和运动,决定了大地水准面的
起伏和变化,地球重力场的精确测量对大地测量、地球物理、地球动力学和海洋学等学科的发展具有极其重要的意义。卫星重
力测量技术的应用对于地球重力场的测量具有划时代的意义,是当今大地测量领域的研究前沿和关注热点之一。常规的重力场
确定方法主要依靠地面重力观测,地面观测周期较长,且占地球四分之三的海洋重力数据缺乏,确定重力场的精度受到限制。
随着空间定位技术的发展,近年来在地球重力场研究方面所取得的成就远远超出过去30年的总和。20世纪80年代出现的卫星
测高技术较大地提高了重力场的确定精度,如著名的EGM96模型。2000年7月由德国GFZ发射的
1 测量系统组成
整个重力卫星星座由两颗相距200 km,轨道高度500 km的卫星组成,每颗卫星都搭载了高精度双频GPS接收机、K/Ka双
波段(24/32 GHz)测距系统和高精度的时钟等(每颗卫星上搭载的GPS接收机和KBR的时间标准采用同一个振荡器)如图l所示。
两星间精密测距的基本思路是:首先利用
2 GPS定位结果修正KBR测距
2.1 KBR双向测距及时间同步误差
重力卫星A和B间通过KBR系统进行精密双向测距,其测距原理如下。
重力卫星A在理想真实时刻t对重力卫星B载波信号的观测量可以表示为:
式中,trA、trB分别为重力卫星A和B的KBR时标;CA(tr)、CB(tt)分别为重力卫星A和B在信号接收时刻和发射时刻的钟
差;dCA(tr)、dCB(tr)分别为重力卫星A和重力卫星B在接收时刻的钟漂。钟漂对KBR相位的影响仅仅发生在信号发射至接收这
一时段(r≈0.7 ms),只要钟漂达到10-10,就可以达到1/1000周的测相精度,因此,影响测相精度的主要误差是时标ttA、trB的
同步误差。
2.2 双频GPS观测量修正KBR测距误差
对重力卫星星座而言,为满足几百公里空间分辨率的重力场测定精度,要求两颗卫星之间的测距精度可达到几个微米。卫
星的KBR采用32.7/24.5GHz频率信号(波长约1 cm),为此,测相精度必须达到千分之一周(1/1 024)。经调制后的差频信号分
别为502和670kHz,为保证1O-4周的测相精度,定时精度应达到10-4/670 kHz=150 ps(O.15ns),这一精度对在轨振荡器而言
几乎是不可能的。利用IGS产品,采用精密定轨(POD)技术,可确定KBR测量的绝对时标和卫星的位置,位置精度可达到2~
3cm,测时精度可达到0.1
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weixin_38626080
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