第七章：卫星重力发展现状

CHAMP卫星简介
CHAMP 卫 星 在 轨 示 意 图
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CHAMP 卫 星 轨 道 示 意 图


Global network of the International Laser Ranging Service (ILRS) (yellow) CHAMP downlink station coverage (blue)
Accelerometer (inside the spacecraft at center of mass)
Digital Ion Driftmeter(风压计) and Langmuir Probe
Overhauser Magnetometer
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CHAMP 卫 星 技 术 参 数
GRACE卫星简介
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CHAMP 卫 星 工 作 原 理 图
GPS卫星
GPS Ground Station
3轴加速度计
地球
异常体
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CHAMP 卫 星 工 作 原 理

用星载GPS接收机,连续不断地、精确地确定 CHAMP卫星的位置,用轨道摄动的数据推算 引力异常。这种用高空卫星来追踪低空卫星 以导出地球引力异常的方案称为SST-hl （satellite-to-satellite tracking in the
1.卫星发展现状(续)
已经发射的卫星：
CHAMP卫星（2000/07/15） GRACE卫星（2002/03/17） GOCE卫星（2009年3月17日发射）
CHAMP 卫 星
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研究背景 地球是一个由固态、流体和气态物质构成的复杂 系统。其中发生的相互作用是在相差悬殊的时标下 进行的。客观描述这种复杂系统必须有全球性的、 长期的观测资料积累,而通过近地卫星观测是系统地 获取全球性观测数据的有效途径。在1994年之前,除 了1979—1980年期间的MAGSAT磁场计划,几乎没 有实施过专门针对地球磁场、重力场研究的空间飞 行项目。 正是在这种情况下,1994年,德国的波茨坦地球科 学研究中心(GFZ——GeoForschungsZentrum Potsdam)提出实施CHAMP（Challenging
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3-4.Atmosphere/Ionosphere Profiling Systems (SOS-AP/IP)

CHAMP 卫 星 数 据 产 品 （ ） 3


level-1: GPS-CHAMP radio occultation measurements, GPS ground station phase and code tracking observations, level-2: list of occultation events per day; characterizing information of the occultation atmospheric excess path; time tagged atmospheric excess path of the occultation, link annotated with SNR and orbit information of CHAMP and the occulting GPS satellite for each occultation event, level-3: Atmosphere: vertical profiles of atmospheric bending angle and geopotential,Abel-inverted profiles of refractivity, dry air-density, -pressure and-temperature, and, adopting temperature from global analyses, specific and relative humidity, partial pressure and mixing ratios of water vapour in the troposphere, along with total atmospheric pressure, temperature and geopotential, Ionosphere: link related TEC data and vertical profiles of electron density.
EIGEN-CG01C
360
*
30’ ×30’
*表示CHAMP和GRACE及卫星测高和地面数据联合解
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EIGEN-CHAMP03S 解算的全球大地水准面
CHAMP 卫 星 成 果 （ ） 1
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EIGEN-CG01C解算的全球自由空气重力异常
CHAMP 卫 星 成 果 （ ） 2
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CHAMP 卫 星 数 据 产 品 （ ） 1
1.Orbit and Gravity Field Processing System (SOS-OG)：



Baidu Nhomakorabea

level-1: GPS CHAMP satellite-to-satellite phase and code tracking observations; GPS ground station phase and code tracking observations , level-2: preprocessed accelerometer observations, linear and angular accelerations with attitude information and thruster firing time events, level-3: rapid science orbits of CHAMP and the GPS satellites in the ConventionalTerrestrial System, and processed with a short time delay after data download, level-4: postprocessed precise orbits of CHAMP and the GPS satellites and, derived from these, global Earth gravity field models, represented by the adjusted coefficients of a spherical harmonic expansion of the gravitational geopotential: period solutions and progressively accumulated solution.
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CHAMP 卫 星 数 据 产 品 （ ） 2 2.Magnetic and Electric Field Processing System (SOS-ME)


level-2: magnetic field; both scalar and vector field; the latter as well in sensor system as in local coordinates (North, East, Down), all at 1 Hz rate;precise attitude derived from Advanced Stellar Compass for the boom instrumentation at a 1 Hz rate, level-4: main field models; spherical harmonic expansion to degree and order 13 derived from spacecraft data and its secular variation coefficients from space and groundbased observations; updates of the model about every three months.
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EIGEN-CHAMP03S解算的全球重力异常
CHAMP 卫 星 成 果 （ ） 3
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GRACE 卫 星
GRACE卫星简介
GRACE 卫 星 重 力 计 划



GRACE重力卫星计划由美国国家宇航署 (NASA)和德国空间飞行中心(DLR)联合开发， 旨在获取地球重力场的中长波部分及全球重 力场的时变特征，并可用于探测大气和电离 层环境。 GRACE重力卫星计划的工程管理由美国喷气 动力实验室(JPL)负责。 科学数据处理、分发与管理由美国喷气动力 实验室(JPL)、德克萨斯大学空间研究中心 (CSR)和德国地学研究中心(GFZ)共同承担.
high-low mode）。


用三轴加速度计来测量作用于卫星的非引力 加速度,如空气阻力、地球反照和太阳辐射等, 以获得仅仅由地球引力异常导致的轨道偏移。 用一组星光仪确定卫星相对于惯性参考系的 姿态。
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CHAMP 卫 星 预 期 任 务
通过卫星轨道扰动分析得到中、长期地球重 力场的静态和动态模型(至l=50,m=50;或者 4000~1000 km的空间解析度),该模型可以应 用于地球物理学、大地测量学和海洋学。 全球电磁场分布图及其在地球物理学和日地 物理学中的应用。 大气层和电离层探测及其在全球气候研究、 天气预报、灾害研究和导航中的应用。
轨道技术参数 物理参数 522.5 kg 0.00398 质量 偏心率 轨道倾角 87.272° 750 mm 高 429 km 近地点高度 长（顶部） 8333 mm 476 km 远地点高度 长（底部） 4044 mm 升交点经度 150.089° 1621 mm 宽 近点角距 323.038° 面质比 0.00138 m2/kg 每天运行圈数 15.3885
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CHAMP 卫 星 数 据 处 理 系 统
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CHAMP 卫 星 数 据 处 理 系 统 不同的预期任务产生了不同的数据处理系统： 1.Orbit and Gravity Field Processing System (SDS-OG)轨道和重力场处理系统 2.Magnetic and Electric Field Processing Systems (SDS-ME)电磁场处理系统 3.Neutral Atmosphere Profiling System （SDS-AP）大气层探测系统 4.Ionosphere Profiling System (SDS-IP) 电离层探测系统
Minisatellite Payload的简称,即富有挑战性的小型卫 星有效载荷）卫星计划。
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CHAMP 卫 星 结 构 示 意 图
S-band Antenna GPS POD Antenna Star Sensors Optical Bench with Fluxgate Magnetometers and Star Sensors
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以上数据产品均可从GFZ数据中心免费下载： http://isdc.gfz-potsdam.de/ CHAMP 卫 星 数 据 下 载
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模型 EIGEN-CHAMP3S 阶数 140 时间 33个月 分辨率 333km CHAMP 卫 星 重 力 场 模 型 成 果
重力卫星的发展及应用
1.卫星发展现状
利用卫星技术进行动态地球重力场 的研究经历了近30年的发展,目前已进入 了实施阶段。同时也标志着卫星重力学 研究也随之进入了一个全新的阶段。它 们在地球科学中的应用将是广泛的,其影 响将是深远的。特别对于固体地球物理 学、海洋学以及大地测量学等领域,重力 卫星将会带来革命性的变化,其意义不亚 于GPS。