Page 112 - 新时期测绘工程测量技术研究

·新时期测绘工程测量技术研究·
/// Research on Measurement Technique in Surveying and Mapping Engineering in the New Era ////

利用上述方法精确测定低轨道的重力卫星的轨道后，在已用加速度计和现有
模型精确分离出其他摄动因素的情况下，就能根据单卫星能量守恒定律来精确地

计算地球重力场模型。CHAMP 卫星就是采用这种模式来反演地球重力场的成功
范例。由 CHAMP 卫尾恢复的地球重力场模型的分辨率和精度均优于用地面跟踪
资料求得的重力场模型。
（2）低轨卫星跟踪低轨卫星模式

两个相距不太远的在低轨道上飞行的卫星分别用高精度的微波测距系统来精
确确定两个卫星之间的距离和距离变化率，同时利用高轨道的 GNSS 卫星导航定
位系统来精确确定自己的轨道，并根据上述资料求得两卫星处的瞬时的引力位差，
进而求得地球重力场的方法和技术，称为卫星重力学中的低轨卫星跟踪低轨卫星

技术。由美国航空航天局 NASA 和德国空间飞行中心 DLR 联合研制的 GRACE
卫星项目就是采用上述工作模式来测定地球重力场的典型例子。两颗 GRACE 卫
星间的距离为 220±50 km，初期的高度为 500 km，以后逐渐降为 300 km 左右。
卫星上均安装了新型的 BJ GPS 接收机，利用 GPS 观测值来确定各自的卫星轨道，

定轨精度为 4 cm 左右。利用安装在卫星质心处的 Super STAR 加速度计来精确测
定作用在卫星上的非保守力（如大气阻力、光压力等），以便能将它们分离出去，
以精确确定地球重力场。每个卫星上都安装了 K 波段干涉系统，以便以极高的
精度来测定两个卫星间的距离变化率。这是整个计划成功的关键，因为位差是根

据速度差导得的。此外，在卫星上还安装了星敏感器，以便利用恒星来进行卫星
的姿态控制。
用 GRACE 所导得的地球重力场的精度比用 CHAMP 卫星导得的重力场的
精度要高一个数量级。对应的大地水准面中波长为 5000 km 的长波项的预期精

度为 0.01 mm，波长为 500~5000 km 问的中波项的预期精度为 0.1~0.01 mm。用
GRACE 资料还能求得时变重力场，这种重力场的变化能反映出海洋的非潮汐变
化以及地表层中水含量的分布变化。

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