卫星重力的发展及应用
卫星重力测量技术在地球物理中的应用
卫星重力测量技术在地球物理中的应用地球物理研究是一门涉及地球内部结构和物质运动等方面的学科，同时也具有广泛的应用价值。
然而，由于地球的表面与内部相距甚远，地球物理学研究往往受到观测技术的限制。
而随着卫星重力测量技术的发展，这一局面正在得到颠覆，卫星重力测量技术正在成为地球物理研究中一项重要的手段。
1.卫星重力测量技术概述卫星重力测量技术基于万有引力定律，通过卫星通过地球上空进行重力测量，获得地球重力场的分布情况。
这项技术的主要优势在于，通过卫星精密的轨迹控制和重力测量仪器的装备，对地球重力场的测量达到了高度的准确性和精度。
同时，卫星重力测量技术还具有全球性和连续性的特点，能够提供地球重力场全球范围内的准确数据。
2.2.1 地球形态研究地球的形态呈现为不规则的椭球体，由于地球的离心率和自转引起的地球扁率等因素，地球的形态会受到一定程度的变形。
而卫星重力测量技术能够获得高精度的地球重力场数据，并且能够计算出来地球的形态和动力学变化。
这项技术对于研究地球的形态、内部构造和地震等问题都有重要意义。
2.2 地壳构造研究地球重力场的分布受到地球内部密度分布的影响，在地壳结构复杂的地区，地表重力场会受到下方地壳和上方地表地物的影响。
卫星重力测量技术通过测量地球重力场的变化，能够测定地球内部的密度结构，推测地下的岩石体积和形状，从而揭示地球地壳和上地幔的构造特征和动力学性质，例如板块构造等。
2.3 大地水文研究在地球物理研究中，大地水文是一个十分重要的研究领域。
大地水文的研究目标主要是了解大气、地表、地下之间的水循环以及水在地球系统中的作用。
其中，地下水的分布和运动十分复杂，而卫星重力测量技术提供了一种新的方法来研究地下水的分布以及地下水与地表水之间的关系。
例如，在水资源的开发和管理方面，卫星重力测量技术可以为水文模型提供和验证数据，优化水资源的利用方式。
3.结语随着卫星重力测量技术的不断发展与完善，它在地球物理方面的应用也将更加广泛和深入。
卫星的原理
卫星的原理
卫星是通过运用牛顿力学的运动定律和万有引力定律在地球轨道中运行的人造物体。
卫星原理主要基于以下几个方面：
1. 地球引力：根据牛顿第二定律，物体受到的引力等于其质量乘以加速度。
地球对卫星施加引力，使其保持在地球的轨道上。
2. 地球自转：地球以自己的轴自转，产生一个离心力，这一力对卫星的运行产生影响。
为了抵消离心力的影响，卫星需要维持一定的运动速度。
3. 圆周运动：卫星在地球轨道上运行时，通常采用圆周运动。
圆周运动的原理是，物体在圆周运动中受到一个向心力，这个力的方向指向圆心。
通过适当的速度和距离，卫星可以保持在一个稳定的圆周轨道上。
4. 动量守恒：卫星的动量是守恒的。
即使没有其他力的作用，卫星的动量大小和方向也保持不变。
这意味着，卫星在地球轨道上沿着预定的轨道继续运行。
卫星的原理基本上是通过合理运用这些物理原理来实现的。
通过准确计算和控制卫星的速度和轨道，可以使卫星实现各种任务，例如通信、导航、天文观测等。
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法
卫星重力测量技术的原理和数据解读方法随着现代科学技术的不断发展，卫星重力测量技术逐渐成为地球科学领域的重要研究方法之一。
本文将重点讨论卫星重力测量技术的原理和数据解读方法。
一、卫星重力测量技术的原理卫星重力测量技术是利用卫星携带的高精度重力仪器测量地球表面重力场的变化，从而推断地球内部的密度分布和地壳运动等信息。
1.1 重力测量原理重力，是指地球或其他天体表面对物体吸引的力。
在地球表面上，重力的大小和方向不是一致的，而是会因地球内部的密度分布不均匀而变化。
通过卫星重力测量技术，我们可以获取地表某一点的重力值，并通过对比多个点上的重力值差异，推算出地球内部的密度变化。
1.2 卫星重力测量仪器为了实现卫星重力测量，科学家们研发了一系列高精度的重力测量仪器。
目前常用的卫星重力测量仪器主要有超导量子干涉仪（SQUID），绝对重力仪以及光学干涉测量仪（GIM）。
这些仪器可以测量地球表面的重力值，并将数据传输至地面控制中心进行分析和解读。
二、卫星重力测量数据解读方法卫星重力测量数据是复杂且海量的信息集合，需要进行合理的解读才能获得有价值的地质和地球物理学指标。
下面将介绍几种常见的卫星重力测量数据解读方法。
2.1 重力异常解读重力异常是指相对于参考表面（通常是椭球面）的重力场的偏差。
通过对大量重力异常的分析，可以揭示地球内部的密度梯度。
高重力异常通常对应着密度较大的区域，反之亦然。
这些异常主要与地壳构造、岩石性质和地球动力学等因素相关。
2.2 重力梯度解读在卫星重力测量中，不仅可以获取重力值，同时还可以计算重力的梯度，即重力在空间中的变化率。
重力梯度可以提供更加详细的地下密度变化信息，有助于研究构造和地壳运动等问题。
通过对重力梯度的解读，科学家们可以推测地壳运动引起的地震活动、地热流动以及岩浆活动等。
2.3 反演方法卫星重力测量数据的解读过程中，还常常需要借助反演方法。
反演方法是通过调整模型参数，使得模型产生的重力数据与实测数据拟合得最好。
高一物理卫星的重力知识点
高一物理卫星的重力知识点在高一物理的学习过程中，卫星运动是一个非常重要的知识点。
卫星的运动是由地球对卫星施加的引力所决定的。
在这篇文章中，我将会详细介绍卫星运动中涉及到的重力知识点。
一、引力的概念引力是一种使物体相互吸引的力，是自然界中最基本的力之一。
引力的大小与物体的质量有关，质量越大，引力越大。
而引力的大小还与物体之间的距离有关，距离越近，引力越大。
二、开普勒定律开普勒定律是描述行星和卫星运动规律的重要定律。
根据开普勒第一定律，卫星绕行星运动的轨道是一个椭圆，其中行星处于椭圆焦点之一。
开普勒第二定律指出，行星与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
开普勒第三定律则是描述行星轨道周期与轨道半长轴的关系。
三、重力与卫星轨道卫星的轨道是由地球对卫星施加的引力所决定的。
在地球表面附近，地球的引力大致是一个常量，因此卫星绕地球运动的轨道是一个椭圆。
轨道的离心率决定了卫星的绕行速度和轨道形状。
当离心率为0时，轨道是一个圆形，卫星的速度相对稳定；当离心率接近于1时，轨道成为一个长椭圆，卫星的速度变得非常快。
四、卫星的加速度卫星在轨道上运动时，具有向心加速度和引力加速度。
向心加速度是由向心力所引起的，它的大小与卫星的速度和轨道半径相关。
引力加速度是由地球对卫星施加的引力所引起的，它的大小正比于地球对卫星的引力，并与卫星与地球的距离的平方成反比。
两者的合力决定了卫星在轨道上的运动状态。
五、卫星的质量与轨道卫星的质量对其轨道并没有直接影响。
即使两颗质量不同的卫星在相同的高度上绕地球运动，它们的轨道半径并不相同。
这是因为带电粒子在地球的磁场中受到的力和力矩的大小与电荷质量比（电子和质子的比值）有关。
而由于卫星和地球都由相同的带电粒子组成，它们受到的力和力矩大小也相同，从而使得卫星的质量对轨道并没有直接的影响。
六、地球对卫星的影响地球的形状、自转和引力潮汐等因素对卫星的轨道有一定的影响。
首先，地球并不是一个完全的球体，而是一个略微扁球面。
重力的原理在实际的应用
重力的原理在实际的应用介绍重力是一种普遍存在于自然界的力量，它的作用对于许多实际应用非常关键。
本文将探讨重力的原理以及它在实际应用中的应用。
重力的原理重力是一种吸引物体之间的力量，其大小与两个物体的质量和它们之间的距离有关。
根据牛顿的万有引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
重力在地球上的应用重力在地球上的应用非常广泛，以下是一些主要的应用：1.运动和运动规划：在运动中，重力是决定物体运动轨迹的重要因素之一。
运动方程中的重力项使得物体在垂直方向上产生加速度，从而影响物体的运动轨迹。
例如，在击球运动中，棒球运动员需要考虑重力的影响来准确击球。
2.建筑和结构设计：重力是建筑和结构设计中必须考虑的重要因素之一。
例如，在建筑设计中，建筑的重量必须合理分配到承重墙和结构支撑物上，以确保建筑的稳定性和安全性。
3.交通工程：在交通工程中，重力对于车辆和行人的运动也起着重要作用。
例如，在道路设计中，设计者需要考虑到车辆在下坡时重力的作用，以确保车辆的稳定性和行驶安全。
4.水资源管理：重力在水资源管理中也起着关键作用。
例如，在供水系统中，水需通过自然下降的方式流向用户，重力作用使得水能顺利到达目的地。
同时，在水坝和水库的设计中，重力是确保水体能够稳定保持的关键因素。
重力在太空探索中的应用除了地球上的应用，重力在太空探索中也有着重要作用：1.行星轨道：重力是行星围绕太阳运行的基本原理。
行星受到太阳的引力，使得它们沿着椭圆轨道绕太阳运动。
通过研究重力，我们可以了解行星运动的规律，并推测行星的行为和演化。
2.卫星运行：卫星的运行和定位也依赖于重力。
通过计算重力对卫星的影响，我们可以预测卫星的轨道，并精确控制卫星的位置和运动。
重力在能源生产中的应用重力在能源生产中也有着重要的应用：1.水力发电：水力发电是利用重力将水流转化为机械能，再将机械能转化为电能的过程。
通过建造水库和引导水流，我们可以利用重力的作用来产生电能。
卫星发展史的原理
卫星发展史的原理
卫星发展的原理可以概括为以下几点：
1. 轨道力学原理：卫星的运行是基于轨道力学原理的，即通过重力相互作用，卫星绕着地球旋转。
这需要卫星具有足够的速度和能量，以克服地球引力的吸引。
2. 通信原理：卫星的发展与通信原理的进步密切相关。
卫星通信是通过无线电波传输数据和信息的。
卫星可以接收地面发射站的信号并将其转发到其他地方的接收站，从而实现跨越大洋和较远距离的通信。
3. 航天技术原理：卫星需要进行发射、定位、控制等操作，这需要航天技术的支持。
航天技术包括火箭发射、导航、遥测遥控等方面的技术，这些技术的不断发展为卫星的发展提供了坚实的基础。
4. 应用需求原理：卫星的发展往往是为了满足一定的应用需求，例如通信、气象、导航、地球观测等。
这些应用需求的不断增加和变化，也推动了卫星技术的不断进步和发展。
总之，卫星发展的原理是多方面的，其中轨道力学原理、通信原理、航天技术原理和应用需求原理是关键的。
卫星重力探测技术的发展
卫星重力探测技术的发展杨婕;占惠【摘要】在地球物理勘探领域中, 人造地球卫星的发射为重力测量提供了新的途径. 与以往探测重力的手段相比, 重力卫星的发射大大改善了人们对地球重力场的认识, 随着CHAMP、 GRACE和GOCE卫星的发射, 将把现有静态中长波部分重力场的精度提高1-2个数量级, 并提供长波部分重力场随时间变化的信息. 卫星重力学对我国的基础测绘服务和国防建设有着重要的实用价值.【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2008(000)005【总页数】5页(P23-27)【关键词】卫星重力;探测技术;CHAMP;GRACE;GOCE【作者】杨婕;占惠【作者单位】福建省地震局厦门地震台,厦门,361003;厦门地震勘测研究中心,厦门,361021【正文语种】中文【中图分类】P312.1地球重力场是地球的基本物理场之一，重力场及其时变反映了地球表层及内部的密度分布和物质运动状态，同时决定着大地水准面的起伏和变化，因此，重力场的研究历来是大地测量学的热点之一［1］。
高精度重力观测是研究固体潮及地震前兆的一种重要手段。
在地球物理勘探领域中，重力测量也是一种重要的方法。
但是，对于重力的观测，无论是用振摆、自由落体，还是用光学干涉仪都很难获得高精度的绝对重力值，相反，重力差的相对测量要比绝对测量容易得多，以致可以达到很高的精度［5］。
我国的重力固体潮观测开始于20世纪60年代末期，早期使用加拿大Scintrex公司的CG-2型金属弹簧重力仪，采用光记录(目前，这些仪器已经完全淘汰)，之后陆续引进GS型金属弹簧重力仪［4］。
相对重力观测仪器，从毫伽级重力仪发展到微伽级重力仪，可以对地球内部构造的细节取得更进一步的了解。
但是，虽然地面重力测量工作是传统大地测量工作中最方便和功效最高的一种测量工作，毕竟还是耗时多、劳动强度大，特别是有许多难以到达的地区，致使重力测量数据的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制，这是在确定地球重力场模型，包括推算大地水准面时提高其精度和分辨率的最大障碍。
对卫星工作原理
对卫星工作原理
卫星是由地球上的发射器发射到太空中的人造物体。
它们通过遵循两个主要原理来工作：重力和离心力。
首先，重力是指地球对卫星的吸引力。
卫星通常处于地球的引力场中，与地球保持恒定的距离。
这是通过匀速运动和任何可能的速度变化来实现的。
当卫星的速度可以抵消地球的引力时，它将保持在所需的轨道上移动。
其次，离心力是指卫星在绕地球运动时产生的离心力。
离心力是一种惯性力，它试图将卫星从原来的轨道上推开。
为了克服这个力量，卫星需要一定的速度和轨道以保持平衡。
在运行过程中，卫星持续地沿指定轨道绕地球旋转。
它们通过携带各种设备和传感器来执行不同的任务，例如通信、气象观测、定位导航等。
这些设备从卫星发射的信号中接收信息，并将其传输回地球上的相应接收器进行处理。
此外，“空间站”是指人类在地球轨道上建立的一个大型人造空间。
它们通常用于长期居住和科学研究。
与卫星相比，它们更大，拥有更多的生活设施和实验室。
总之，卫星工作的基本原理是通过重力和离心力来维持其运行和轨道稳定。
这使得卫星能够执行各种任务，从而为我们的生活和科学研究提供了重要的支持。
重力及应用
重力及应用重力是地球或其他天体对物体产生的吸引力。
根据牛顿的普遍引力定律，所有物体之间都相互产生引力，这个引力的大小与物体的质量有关，而与物体之间的距离有关。
例如，地球对我们产生的引力使我们保持在地面上不会飘走。
重力对于人类生活中的各个方面都有重要的应用。
以下是一些重力及其应用的示例：1.物体下落：当一个物体被抛出或掉落时，地球的重力会使它向地面加速下落。
这是我们日常生活中常见的现象，也是重力最基本的应用之一。
2.地球上的运动：重力对地球上的运动有着非常重要的作用。
例如，重力使水从高处向低处流动，形成河流和瀑布。
重力还影响海洋的潮汐，因为月球和太阳对地球的引力会使海水产生上升和下降的运动。
3.天体运动：重力是宇宙中天体运动的主要驱动力。
例如，地球围绕太阳运行，这是地球受到太阳的引力影响的结果。
类似地，月球围绕地球运行，是受到地球的引力影响。
重力还影响行星、恒星和其他天体之间的相互运动和轨道。
4.人造卫星：人造卫星是利用地球的重力来保持其轨道的。
当卫星被发射到地球轨道上时，它所处的高度和速度使得地球的引力和卫星的惯性之间达到平衡，从而使卫星始终保持在固定的轨道上。
5.摩擦和地形：重力对于地表的摩擦和地形起着重要的作用。
例如，山脉和丘陵地形通常是由地球表面上的重力作用形成的。
重力还通过增加物体间的摩擦力，影响人类行走、车辆行驶和物体摆动的运动方式。
6.丝网和滑轮系统：我们可以利用重力建立丝网和滑轮系统，来提供力的传递和转移，并减轻劳动。
例如，工地上的起重机和吊船通常使用滑轮系统来提升和降低重物，利用重力作为动力源。
7.重力加速度测量：重力加速度是指地球上任意一点由地球对物体产生的引力引起的加速度。
通过测量重物在地表下落的时间和距离，可以计算地球上某一点的重力加速度。
重力加速度的测量对于地质学、地球物理学和建筑工程等领域有很大的意义。
综上所述，重力是地球或其他天体对物体产生的吸引力，是自然界中普遍存在的物理现象。
第七章：卫星重力发展现状
（
its secular variation coefficients from space and ground-
） based observations; updates of the model about every
three months.
2
CHAMP卫星简介
CHAMP
3-4.Atmosphere/Ionosphere Profiling Systems (SOS-AP/IP)
统 4.Ionosphere Profiling System (SDS-IP)
电离层探测系统
CHAMP卫星简介
CHAMP
1.Orbit and Gravity Field Processing System (SOS-OG)：
level-1: GPS CHAMP satellite-to-satellite phase and code tracking
数 derived from Advanced Stellar Compass for the boom
据 instrumentation at a 1 Hz rate,
产 level-4: main field models; spherical harmonic expansion
品
to degree and order 13 derived from spacecraft data and
卫
of the occultation atmospheric excess path; time tagged atmospheric
星
excess path of the occultation, link annotated with SNR and orbit
重力卫星测量概要
将地球当做匀质圆球，产生的重力场只是真实重力场的 零阶近似，卫星在这种正常重力场中的运动轨道是一个 与地球相对位置不变的平面椭圆。 由于真实的地球形状不规则，质量分布不均匀，而且不 停地自传，真实的地球不能当做一个质点。 将正常椭球看成是真实地球的近似，根据位理论可精确 导出其所产生的正常重力场。 由卫星轨道理论可精确计算卫星在正常重力场中的运动 轨道，轨道相比于一个简单的平面椭圆有差异，其轨道 面与地球的相对位置也会变化（进动）。
第七章、重力卫星测量
目录： 一、引言 二、卫星重力测量原理 三、重力卫星与观测数据精化技术 四、卫星重力测量的应用
2/55
一、引言
背景
卫星重力探测技术出现于上世纪50年代末60年 代初，最早采用天文光学经纬仪摄影交会的方法 跟踪测量卫星的轨道摄动。 70年代开始，激光测距（SLR）跟踪取代了光 学观测，由轨道摄动观测量反算扰动重力场参数 ，建立了早期低阶（<24阶）全球重力场模型系 列，满足了当时人造卫星定轨和建立全球地心大 地坐标系的迫切需求。 这一时期的卫星重力模型用于确定全球大地水准 面的精度为米级水平。
9/55
二、卫星重力测量原理
例：测பைடு நூலகம்离地面500km高处一点的重力，必需观测在此 高度处卫量在飞行轨道上的运动参数来间接反求重力值 g (r ) GM / r 2 , r X 。 将卫星和地球都当做质点，并忽略地球的自传，其所在 空间内无其他质量。则地球产生一均匀重力场。 卫星绕地球作圆周运动，引力提供向心力，则有：
新一代卫星重力技术的优点： 其测量信号不经过大气对流层，卫星处于大气层的 暖层（F层）与散逸层（G层）之间，、大气密度只 有海平面的百亿分之一，信号传播几乎不存在大气 延迟误差的影响 其卫星轨道都是偏心率很小的近极近圆轨道，轨道 构成几乎包围整个地球的交叉（菱形）格网，可实 现全弧段的连续高采样率的SST跟踪测量或SGG逐 点测量，这是其获得高精度的最大优势。
卫星重力探测技术的发展
其精度和分辨率的最大 障碍。 卫星重力探测
技术 的出现 和发 展 ， 为研 究 地球 重 力场 提 供 海量 观测 数 据 ，填 补 地 球 上 的重 力 空 白区 ， 由此 可解 算 出高 精度 和高分 辨率 的地 球重 力
种 重 要 的方 法 。但 是 ，对 于 重 力 的 观 测 ，
绘服 务和 国防建设 有着 重 要 的实用价 值 。
关键 词 卫星重力 ； 探测技术 ； Ｈ ＭＰ Ｇ Ａ Ｅ； Ｏ Ｅ Ｃ Ａ ； Ｒ Ｃ Ｇ Ｃ
Ｐ １． ３２ １ 文献标识码 Ａ 中图分类号
引言
地球 重 力场 是 地 球 的基 本 物 理 场 之 一 ， 重力 场及 其 时变反 映 了地球 表层 及 内部 的密
国
际地Biblioteka 震动态 ２０ ０８正
开辟 了新 的途径 ， 中包括 卫 星 重力 学 。它 其
是将 卫 星 当 作地 球 重 力 场 的 探 测 器 或 传 感
对 雷达 频 域 中 的微 波 脉 冲具 有 良好 的反 射 性 ， 以卫星测 高技 术 特别 适用 于海 洋 ，只 所
能用 于确 定 海 洋 大 地 水 准 面 和海 洋 重 力 异
维普资讯
第 ５期 （ 总第 ３ ３ ） ５期
２０ ０ ８年 ５月
国
际
地
震
动
态
Ｎ ． （ ｅ ａ Ｎ ．５ ） ｏ ５ Ｓｒ ｌ ｏ３３ ｉ
Ｍａ ｙ，２０ ８ ０
Ｒｅ ｅ ｔＤｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｏｌ ｅｓ ｌｇ ｃ ｎ ｖ ｌ ｐ ｎ ｓ ｎ Ｗ ｒｄ Ｓ ｉ ｍｏｏ ｙ
踪技术恢 复 地球 重 力 场 的潜 力 受 到 了限 制 ， 难 以在 目前水 平上 有更大 的突破 。 卫 星跟 踪 卫 星 （ Ｓ ） 利 用 卫 星对 卫 ＳＴ 是 星 的跟 踪观测 推求 地球 重力 场 。它有 两种 技
卫星重力测量发展及应用
卫星重力测量发展及应用2010286190128 张璇摘要：卫星重力测量在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。
本文简要回顾了卫星重力测量的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力测量在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。
关键词：重力场；地球重力场；重力测量一、研究背景地(月)球重力场及其时变反映地(月)球表层及内部物质的空间分布、运动和变化，同时决定着大地水准面的起伏和变化。
因此，确定地(月)球重力场的精细结构及其时变不仅是大地测量学、海洋学、地震学、空间科学、天文学、行星科学、深空探测、国防建设等的需求，同时也将为全人类寻求资源、保护环境和预测灾害提供了重要的信息资源。
人造卫星是在地(月)球重力场作用下在空间绕地(月)球运动的，要精密定轨，必须知道精确的地(月)球重力场参数，反之，精确测定卫星轨道的摄动，利用这些摄动的跟踪观测数据，又可以提高地(月)球重力场参数的精度，两者相辅相成。
地球重力场是固体地球物理学、海洋动力学、地球动力学、冰川学、海平面变化与分析所需的基本物理量。
在大地测量领域, 地球重力场对研究地球形状和精确求定地面控制点的三维坐标起着重要作用；在固体地球物理学中，基于地球重力场可以研究地球的内部构造和板块运动；在海洋学中，为了研究海面地形，揭示洋流和环流的活动规律也需应用地球重力场数据；在国防建设领域，远程武器的发射和飞行，必须知道精细的局部重力场和全球重力场。
月球重力场的精密测量是国际探月计划的重要组成部分，它不仅决定着月球探测器的轨道优化设计和载人登月飞船月面理想着陆点的合适选取，同时将为全人类开展月体地形地貌和内部结构研究、月壤新能源和资源探测、月面宇宙环境分析(电磁、微粒子、高能等)、月球和地月系统起源和演化历史论证等提供丰富的信息资源。
地(月)球重力场起着双重作用：第一，通过比较实际重力场和理想重力场的差可以得到重力异常，重力异常表明地(月)球内部的质量不平衡状态，并提供地球(月)动力学的重要信息；第二，确定大地水准面(和静止平均海平面相重合的等位面) ，大地水准面是所有地貌(如陆地、冰川、海洋等) 的参考面，而大地水准面仅仅是由重力场来定义的，它可以通过重力场的精化而改善。
卫星现象的原理和应用价值
卫星现象的原理和应用价值1. 原理卫星现象是指在地球上观察到的天空中移动的亮点。
这些亮点实际上是人造卫星，它们绕地球轨道运行，利用高度的优势完成各种任务。
卫星现象的实现主要基于以下原理：•地球引力场地球的引力场使得卫星能够维持在特定的轨道上运行。
卫星必须具有足够的速度，以克服地球引力的作用，同时又不能太快，否则会逃离地球的吸引力，因此需要找到一个合适的速度平衡点。
•轨道选择卫星的运行轨道可以分为地球同步轨道、低地球轨道、中地球轨道和高地球轨道等不同类型。
地球同步轨道是指卫星的自转周期与地球自转周期保持一致，从而能够固定在地球的某一点上，常用于天气预报、通信和广播等方面。
低地球轨道通常用于地球观测，如卫星地图或地球观测卫星。
中地球轨道通常用于导航和通信等应用，而高地球轨道常用于科研和深空探测。
•通信与传输卫星的主要功能之一是在不同地点之间进行通信和传输。
卫星通过接收地面站发送的信号，然后将信号转发到接收站。
这种无线电通信方式可以覆盖大范围，并且是很多远程地区通信的唯一方式。
2. 应用价值卫星现象在现代社会中具有广泛的应用价值，主要包括以下方面：•通信与互联网卫星通信技术是对地面通信基础设施的重要补充，特别适用于偏远地区和海洋等无法布设通信线路的地方。
通过卫星通信，人们可以实现长距离的语音通话、互联网连接、电视广播等功能。
•天气预报与气候研究卫星观测技术在天气预报和气候研究方面发挥着重要作用。
卫星可以提供大范围、实时的气象数据，帮助气象学家们更好地了解气候变化、预测天气情况，从而提供准确的天气预报和气候变化预测。
•地球观测与环境监测卫星观测技术还可以用于地球观测和环境监测。
卫星搭载的各种传感器可以探测地球表面的变化，包括植被状况、水资源分布、空气质量等。
这些数据对于环境监测、自然资源管理和灾害预警等方面非常重要。
•导航与定位卫星导航系统是现代社会中广泛应用的一项技术，如GPS系统是最为常见的卫星导航系统之一。
人造卫星的原理
人造卫星的原理
人造卫星的运行原理是依靠引力和惯性的力量。
卫星通过被火箭发射到地球外，进入到地球的轨道上，并绕地球进行运动。
在空间中没有气体摩擦的情况下，卫星能够保持稳定的轨道运行。
在卫星发射时，火箭以高速将卫星送入太空。
一旦卫星进入太空中，就会受到地球的引力作用。
引力的作用使得卫星向地球靠拢，而卫星的初始速度使得它具有一定的向前运动的趋势。
当这两种力平衡时，卫星就能够保持在特定的轨道上运行。
卫星的轨道可以是圆形、椭圆形或其他形状。
它们的轨道取决于卫星的速度、质量以及地球的引力。
如果卫星的速度足够高，它将进入椭圆轨道，其中地球位于椭圆的一个焦点上。
当速度更高时，卫星将进入更大的椭圆轨道，当速度更低时，卫星将进入较小的椭圆轨道。
当速度达到一定值时，卫星将进入圆形轨道。
卫星的运行还受到惯性力的影响。
当卫星在轨道上偏离时，惯性会迫使它返回到原来的轨道。
这是因为物体在没有外力作用下会保持其原有速度和方向。
因此，当卫星受到其他天体的吸引或其他干扰时，惯性力将使其重新回到正常的轨道上。
人造卫星的运行原理还包括使用推进系统来维持轨道稳定和进行调整。
通过调整卫星的速度和方向，可以改变卫星的轨道。
这些调整可以通过火箭发动机或其他推进器完成，它们提供了足够的推力来改变卫星的运动状态。
总的来说，人造卫星的原理基于引力和惯性的力量，通过适当的速度和方向控制，使卫星能够在固定的轨道上运行，并且可以通过推进系统进行调整和维护。
我国地球重力场研究的现状与发展
我国地球重力场研究的现状与发展近年来，我国地球重力场研究取得了显著的进展，成为地球科学领域的重要研究方向之一。
地球重力场研究是研究地球引力场分布、重力异常和地球内部结构的一门学科，对于了解地球的演化历史、地壳构造、资源勘探、海洋与大气运动等具有重要意义。
在地球重力场研究中，传统的测量方法主要依赖于重力仪器进行地面测量，这种方法测量范围有限且耗时耗力。
为了克服这一局限性，我国开始采用卫星重力测量技术，利用卫星搭载的重力仪器对地球重力场进行高精度的测量。
中国成功发射的重力卫星“悟空”和“张衡”取得了一系列重大成果，不仅提供了宝贵的数据，还推动了我国地球重力场研究的发展。
利用卫星测量数据，我国研究人员绘制了我国地球重力场的全球高分辨率模型，并对地球内部的密度分布进行了研究。
通过分析地球重力场变化，研究人员能够推断出地下岩石的性质和构造，进而揭示地球内部的运动和演化过程。
此外，地球重力场研究还可以为矿产资源勘探提供参考，因为不同矿石和矿床在地球重力场中会产生不同的重力异常。
随着技术的发展，我国地球重力场研究将继续取得新的突破。
首先，随着卫星技术的不断进步，卫星重力测量的分辨率和精度将得到提高，从而能够获取更为精细的地球重力场数据。
其次，我国地球重力场研究应与其他地球观测手段相结合，比如地震测量、地磁测量等，以获取更全面、多源的地球观测数据，进一步提高地球内部结构和运动的研究精度。
此外，我国地球重力场研究应注重与国际合作，加强与其他国家和地区的科学交流与合作。
通过共享数据和技术，可以加快地球重力场研究的进展，并为全球地球科学研究做出更大的贡献。
总之，我国地球重力场研究在技术手段和科学成果方面取得了显著进展，为地球科学的发展做出了重要贡献。
未来，我们应继续加强研究，推动地球重力场研究走向更高水平，为深入了解地球内部结构、探索地球演化历史提供更多有力的支持。
重力卫星测量(1-2-3-4)解析
二、卫星重力测量原理
0.2、根据轨道摄动求解地球重力场的扰动位（续）
扰动重力场使卫星的实际运行轨道偏离正常轨道，即产生 轨道摄动，表现为卫星的实际运动状态与卫星的正常运动 状态(在正常重力场中的运动)的差异。 根据此差异（轨道摄动）即可求出扰动位（真实地球重力 场与正常重力场的差异）。
扰动位与正常重力场叠加即得到真实重力场。
背景
新一代卫星重力技术的优点（续） GRACE卫星LL-SST测量可分辨10天时间尺度的 长波时变重力场，测定大地水准面年变化的精度 为0.01mm/年，GOCE任务恢复全球重力场的分 辨率约为100km，期望精度为1cm。 新一代卫星重力测量精度水平比前一代提高了 12个量级，尤其是具备了测定高时间分辨率（ 1030天）时变重力场的能力，是地球重力场测 量跨时代的重大进展。
这一时期的卫星重力模型用于确定全球大地水准 面的精度为米级水平。
一、引言
背景（续）
70年代末出现卫星对海面的雷达测高技术，发展到今天 ，已达到厘米级，将平均海面近似看成大地水准面，由 此确定海洋重力场，分辨率可高达510km。
同时SLR的测距精度也达到了厘米级，这一时期（到上 世纪末）联合SLR、卫星测高和地面重力数据，先后建 立了180阶和360阶（相当于50km分辨率）高阶重力场 模型系列
其中公认精度最高的模型是EGM96，相应大地水准面的 精度为分米级或亚米级，重力异常的精度为几毫伽量级 。
重力如何影响人类的军 事战略和装备发展
重力如何影响人类的军事战略和装备发展在人类的军事领域中，重力是一个常常被忽视但却具有深远影响的因素。
从战略规划到装备研发，重力以多种方式塑造着战争的面貌。
首先，重力对武器的射程和精度产生着直接的限制。
以炮弹为例，炮弹在发射后会受到重力的作用而逐渐下落。
这意味着，要想击中远距离的目标，就必须精确计算出重力导致的弹道下降量。
在古代，投石机和弓箭的使用就受到重力的明显影响。
由于当时技术的限制，这些武器的射程相对较短，精度也较低。
随着科技的进步，火炮的出现虽然大大提高了射程，但重力的影响依然不可小觑。
为了提高火炮的打击精度，军事专家们需要考虑炮弹的重量、初速度、发射角度以及重力等多种因素，通过复杂的计算和模拟来确定最佳的射击方案。
重力还对飞行器的设计和运用产生了重大影响。
在飞机的发展历程中，克服重力实现飞行是一个关键的挑战。
早期的飞机由于发动机功率不足和机翼设计的不完善，飞行高度和速度都受到很大限制。
为了能够飞得更高更快，飞机的设计必须充分考虑重力的作用。
例如，通过优化机翼的形状和面积，增加发动机的推力，以及减轻飞机的自重，来提高飞机的升力和克服重力的能力。
在现代战争中，战斗机和轰炸机的性能很大程度上取决于它们在重力环境下的机动能力。
优秀的飞行员需要熟练掌握飞机在各种姿态下的重力变化，以实现灵活的战术动作和精确的打击。
在太空军事领域，重力的影响更是至关重要。
卫星和航天器在绕地球轨道运行时，处于微重力环境。
然而，当进行太空作战或太空武器部署时，必须考虑到重力对轨道的影响。
如果要对地面目标进行打击，武器在重返大气层时会经历剧烈的重力加速度和高温摩擦，这对武器的结构强度和隔热性能提出了极高的要求。
此外，太空站的建设和维护也需要克服重力带来的诸多困难，如物资的运输和人员的活动都受到重力差异的影响。
在军事战略层面，重力也在一定程度上影响着战场的选择和作战方式。
山区和高地由于重力势能的差异，往往具有战略优势。
占领高地的一方可以利用重力势能增加武器的射程和打击力度，同时也能更好地观察和防御敌方的进攻。
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卫星重力的发展及应用姓名：*** 学号：09200200**摘要:卫星重力资料在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点, 为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。
本文简要回顾了卫星重力的发展历程, 介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况, 最后对卫星重力在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。
关键字：卫星重力；地球重力场；重力测量1 引言地球重力场是地球的一个基本物理场, 是地球物质分布和地球旋转运动信息的综合效并制约地球本身及其邻近空间的一切物理事件,因此,地球重力场观测是地球科学的一项基础性任务。
目前常使用的重力测量手段主要有地表观测、航空测量以及卫星重力探测等。
由于地面重力测量受地形和气候影响较大、耗时多、劳动强度大、作业成本高,使重力测量的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制。
航空重力测量虽然能够克服地形条件的限制, 但却只能用于局部地区或区域性的测量, 且仍受到气候条件的影响。
卫星重力是近年来发展起来的新型空间探测技术, 其发展和应用是当今国际大地测量学界继GPS之后的又一次革命性突破。
卫星重力探测不受地形等自然条件的影响,为解决全球高覆盖率、高精度、高空间分辨率和高时间重复率重力测量开辟了新的有效途径,不但弥补了传统重力测量方法的不足,而且可以使地球重力场和大地水准面的测定精度提高一个数量级以上,并可测定高精度的时变重力场,很快成为了大地测量和地球物理学中新的研究热点和前沿。
卫星重力就是以卫星为载体,利用卫星本身为重力传感器或卫星所携带的重力传感器(加速度仪、精密测距系统和重力梯度仪等), 观测由地球重力场引起的卫星轨道摄动, 以这些数据资料来反演和恢复地球重力场的方法和技术。
广义的卫星重力测量泛指所有基于卫星观测资料确定地球重力场的技术, 它包括了从20 世纪60 年代发展起来的地面光电卫星跟踪技术、Doppler 地面跟踪技术、人造卫星激光测距技术和卫星测高技术以及近年才有所突破的卫星跟踪卫星技术(下称卫卫跟踪或SST) 和卫星重力梯度技术。
2卫星重力发展概况自1957年第一颗人造地球卫星Sputnik发射成功, 人们开始把目光投向用卫星资料计算地球重力场到最近用于精化地球重力场的极地低轨卫星的成功发射, 卫星重力探测技术主要经历了以下三个发展阶段:第一阶段: 20世纪60年代前期, 卫星位置主要是通过光学摄影测定。
最早利用地面站卫星跟踪数据确定地球重力场的是Buchar, 他于1958年根据Sputnik卫星近地点运动资料计算了地球重力场位系数, 并推算出地球的扁率, 但由于当时的观测精度低、卫星轨道高、观测数据不能全球覆盖等因素的制约, 确定的阶数和精度都很低。
第二阶段: 20世纪60年代中后期至今,随着定轨技术的迅速发展, 出现了多种地面跟踪技术和卫星对地观测技术,包括卫星激光测距(SLR)、卫星多普勒测速(Doppler)、多普勒定轨与无线电定位集成(DORIS)、精密测距测速( PRARE) 和卫星雷达测高(SRA) 等。
1966年, Kaula利用卫星轨道摄动分析建立了8阶地球重力场模型,并出版了《卫星大地测量理论》一书, 奠定了卫星重力学的理论基础。
SLR卫星的跟踪测量有效地提高了低阶次位系数的精度, 近40年来由此卫星重力技术发布了一系列低阶重力场模型。
随着卫星测量精度的提高和空间卫星数目的增多, 采用多颗不同倾角的卫星组合解算地球重力场使数据的覆盖率有了一定的改善。
20世纪70年代开始出现卫星雷达测高, 至今研制和发展了多代卫星测高系统, 用于精确测定平均海面的大地高, 确定海洋大地水准面和海洋重力异常,分辨率可优于10km,精度优于分米级。
卫星测高数据联合地面重力测量数据以及SLR低阶重力场模型, 发展了多个高阶地球重力场模型。
20世纪70年代提出卫星测高构想到目前为止, 所发射的卫星测高仪主要有美国NASA等部门发射的地球卫星GEO - 3 (1975年)、海洋卫星SEASAT(1978年)、大地测量卫星GEOSAT (1985年) 及后续卫星GEOSAT Follow- on ( GFO,1998年),欧空局(ESA) 发射的遥感卫星ERS- 1 (1991年) 和ERS-2 (1995年) 及后续卫星Envisat-1(2002年2月) , NASA和法国空间局(CNES) 合作发射的海面地形实验/海神卫星Topex/Poseidon (T/P, 1992年) 及其后续卫星Jason - 1 (2001年12月) 等。
第三阶段: 21世纪初, 空间技术的进步促进了低轨的小卫星在地球重力场中的应用,出现了现代卫星重力测量技术。
新的卫星重力测量技术采用低轨道设计, 能够更灵敏地感测地球重力场, 结合星载GPS、SLR等多种卫星定位技术进行精密跟踪定轨, 同时实现了卫星轨道机动, 可在任务执行期间变换轨道高度, 并结合其他星载传感器(加速度计、重力梯度仪、K波段测距系统KBR) 实现了多种观测量以及数据的全球覆盖。
用现代卫星重力测量技术测量地球重力场包括卫星跟踪卫星( satellite - to - satellite tracking, 简称SST)技术和卫星重力梯度测量( satellite - gravity - grads, 简称SGG) , 其中已经成功发射的SST卫星包括德国的CHAMP卫星和美、德合作的GRACE卫星, SGG卫星GOCE也正在加紧研制, 预计近期就可以实施。
正是低轨卫星定轨技术的发展, 推动了卫星重力测量进入了实用化阶段。
3卫星重力探测技术卫星重力探测技术以前所未有的精度和分辨率使确定地球重力场的精细结构及其时变成为可能, 极大地促进了大地测量学及地学相关学科的发展。
归纳起来, 卫星重力探测技术主要有以下4种: 卫星地面跟踪技术(地面跟踪观测卫星轨道摄动) 、卫星对地观测技术(主要是海洋卫星测高技术) 、卫星跟踪卫星(SST) 和卫星重力梯度(SGG) 测量技术。
3.1卫星地面跟踪技术与卫星对地观测技术卫星地面跟踪技术和卫星对地观测技术是20世纪主要的卫星重力观测技术。
卫星地面跟踪技术(即地面跟踪观测卫星轨道摄动)是采用摄影观测、多普勒观测或激光观测(有地基和空基两种模式) 等技术手段测定地球重力异常场(消除日月引力、地球潮汐、大气和太阳光压等因素)对卫星轨道的摄动, 以此反演出地球重力场。
卫星对地观测当前主要是海洋卫星测高技术。
海洋卫星测高技术是利用星载雷达测高仪向海面发射脉冲信号, 经海面反射后由卫星接收, 根据卫星的轨道位置并考虑到海潮、海流、海风、海水盐度及大气压等因素的影响,推求海洋大地水准面高。
卫星测高资料相当于在海洋上进行了大量的重力测量,为海洋区域地球重力场研究提供了前所未有的高分辨率观测资料, 是研究全球重力场的重要补充, 使全球重力场模型得到极大改善。
从观测技术和卫星计划的设计方面, 利用这两种卫星观测资料恢复重力场主要有以下缺点:第一, 观测资料不能全球均匀覆盖, 卫星地面跟踪技术只有跟踪站上有观测资料,卫星测高技术也只能获得高精度的海洋重力资料。
第二, 两种技术都必须通过大气层和电离层获取卫星信息,不可避免地带来数据的失真。
第三, 卫星轨道单一, 所解算的地球重力场的球谐函数不完善, 不能对其所有阶次的表达式都有好的均匀一致的精度和可靠性。
第四, 卫星轨道较高, 这是为了减小大气阻力的影响、获得较高的定轨精度, 因而限制了其感应重力场信号的能力。
第五, 恢复重力场的时间较长。
由于以上因素的影响,限制了这两种技术恢复地球重力场的潜力, 且难以在目前的水平上有很大的提高,这就要求必须有一种更完善的方法来测定地球重力场。
3.2卫星跟踪卫星与卫星重力梯度测量从卫星地面跟踪和海洋测高到卫卫跟踪是卫星重力发展的必然过程, 卫卫跟踪技术的出现使得卫星设计目标从以往的单纯提高重力场精度提高到同时测量重力场变化。
卫星跟踪卫星(SST),有高低卫卫跟踪(hl- SST)和低低卫卫跟踪(ll- SST) 两种模式。
高低卫卫跟踪(hl- SST) 技术是由若干高轨同步卫星跟踪观测低轨卫星(高度500km左右) 的轨道摄动, 确定地球扰动重力场。
高轨卫星主要受地球重力场的长波部分影响, 而且受大气阻力影响极小, 轨道稳定性高, 因而可以由地面卫星跟踪站对它进行精密定轨。
低轨卫星由于在极低的轨道上运行, 对地球重力场的摄动有较高的敏感性, 其轨道摄动则由高轨卫星连续跟踪并以很高精度测定出来, 同时低轨卫星上载有卫星加速计, 补偿低轨卫星的非保守力摄动(主要是大气阻力),其跟踪精度达到毫米级, 恢复低阶重力场精度可以提高一个数量级以上, 对应的低阶大地水准面精度达到毫米级。
从本质上看, hl2SST技术与地面站跟踪观测并无很大区别, 但其数据的覆盖率、分辨率和精度都有很大提高, 而由hl - SST发展起来的ll2SST 技术测定地球重力场的精度和分辨率将会更高。
低低卫卫跟踪( ll - SST) 是通过测定在同一低轨道上的两颗卫星之间(相距约200km左右) 的距离和距离变率(又称相对视线速度) 反映两卫星星下点之间的地球重力场的变化。
如果低轨卫星能以微米级的测距测速精度相互跟踪, 同时还与GPS 卫星构成空间跟踪网, 理论上恢复低阶地球重力场精度要比现在提高二个数量级及以上, 中波部分的地球重力场测定精度也可以提高一个数量级以上。
卫星重力梯度测量( SGG) 是利用低轨卫星上所携带的高精度的超导重力梯度仪直接测定卫星轨道高度处的重力梯度张量, 由于观测量(重力梯度张量) 为重力位二阶导数,因此有能力恢复地球重力场的高阶部分(达180阶左右),其精度可提高一个数量级以上。
由于这类卫星的寿命设计一般为1年左右, 仅能用于地球重力场的静态研究。
卫星跟踪卫星( SST) 和卫星重力梯度测量( SGG) 是目前公认的最有价值和应用前景的重力探测技术, 与卫星地面跟踪技术和卫星对地观测技术相比它们在技术设计上有了很大的进步。
首先, 低卫星轨道。
卫星设计高度可降至400 km左右, 大大提高了对地球重力场(特别是对中长波长) 的敏感性。
其次, 实现了卫星轨道机动。
要么利用多个不同轨道的卫星进行地球重力场测量; 要么单个卫星用变轨技术, 即通过一个卫星的不同运行轨道来进行地球重力场测量。
第三, 卫星精确定轨。
利用高精度的GPS技术和微波测距测速, 连续跟踪卫星的三维空间分量。
第四, 可加载高精度星载设备。
加速度计、重力梯度计、K波段测距系统的加载, 实现了多种观测量的卫星测量。
如利用星载三轴加速度计进行测量与补偿非重力效应, 克服了大气等非保守力影响, 高精度的卫星超导重力梯度计直接测定重力梯度张量, K波段测距系统进行低低卫星跟踪测量等。