课题基金 / 基金详情

未来卫星重力梯度测量及其时变应用研究

批准号:
42074019
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
徐新禹
依托单位:
学科分类:
物理大地测量学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐新禹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
新一代卫星重力测量技术是目前快速测定全球静态/时变重力场的唯一可行手段,已成为全球大地测量观测系统(GGOS)的重要组成部分。本项目面向未来基于冷原子干涉技术的卫星重力梯度测量任务,深入研究卫星轨道优化设计、重力场模型反演、冷原子干涉重力梯度测量原理等基础理论与方法,突破卫星重力梯度观测值仿真、卫星跟踪卫星观测值仿真、卫星姿态观测值仿真、各种观测值噪声模拟、时变重力信号仿真、高阶卫星重力模型解算的并行算法等一系列关键技术,构建重力梯度测量卫星系统闭环仿真平台。进而,探索未来卫星重力梯度测量新模式,设计实施大量针对不同系统级参数的数值仿真实验,深入分析其反演静态和时变重力场的性能,评估探测陆地水储量和大地震同震重力变化的可能性,并给出未来重力梯度测量卫星的系统级指标。成果既可为发展未来卫星重力梯度探测计划提供参考,也可为我国自主研制重力梯度测量卫星提供有力的技术支撑,有重要的科学和现实意义。
英文摘要
Presently, the new generation of satellite gravimetry is the only feasible technique for rapidly determining the global static/temporal gravity field, and has become an important part of the global geodetic observing system (GGOS). This project mainly focus on the future mission of satellite gravity gradiometer based on the technology of cold atom interferometers (CAI). And the optimization design of satellite orbit, the inversion of gravity field model, the basic theory of gravity gradiometer based on cold atom interferometers will be studied in the project. The related key technologies, such as the simulation of satellite gravity gradient, satellite-to-satellite tracking observations, satellite altitude, noise of various observations and temporal gravity signal, will be broken through together with the parallel algorithms of determining the high degree and order geopotential coefficients. The closed-loop simulation platform of satellite gravity gradiometry will be developed. Based on the platform, the project will explores new modes of future satellite gravity gradiometry, and design a number of numerical simulation experiments with different combinations of system-level parameters. The performance of inversing static/temporal gravity field of the future satellite gravity gradiometry will be deeply analyzed, and the possibility of detecting terrestrial water storage and coseismic gravity changes of large-scale earthquakes will be evaluated. The corresponding system-level indexes of future satellite gravity gradiometry will be proposed based on the experiment tests. The result can not only provide references for the development of future satellite gravity gradiometry, but also provide strong technical supports for China's independent development of gravity gradient satellite mission, which have the important scientific and practical significance.
新一代卫星重力测量技术是目前快速测定全球静态/时变重力场的唯一可行手段,GOCE卫星2013年结束任务期后,一直无在轨运行的重力梯度测量卫星。本项目瞄准未来卫星重力梯度测量任务,探索卫星重力测量新模式,深入研究了重力梯度技术探测重力场的相关基础理论与方法,突破了卫星重力梯度/卫星跟踪卫星/卫星姿态/时变重力观测值的仿真、观测值噪声模拟、高阶静态/时变重力模型反演并行算法等系列关键技术,构建了重力梯度测量卫星系统闭环仿真平台,对未来卫星重力测量新模式及其时变应用开展了大量数值仿真研究。.项目深入分析了未来卫星重力测量技术的发展趋势,研究了冷原子干涉重力梯度仪的测量原理及误差特点,提出了多种未来卫星重力测量新模式。基于研制的软件平台,分析了不同轨道高度(200-350km)、不同观测精度(0.1-10mE)和不同类型梯度仪(CAI、MicroSTAR、CAI-MicroSTAR)反演时变重力信号(AOHIS)的能力,结果表明组合模式的梯度仪CAI-MicroSTAR表现最好;测量带宽内精度为0.1mE时,三种类型梯度仪均可有效恢复AOHIS信号,空间分辨率可达150km;精度优于0.5mE轨道高度低于250km时采用CAI-MicroSTAR可清晰探测到2011年日本大地震同震重力变化。利用GOCE和GRACE实测数据构建了300阶次的GOSG02S模型、180阶次的SWPU-GRACE2021S模型及其联合模型WHU-SWPU-GOGR2022S,均被国际权威网站ICGEM收录,精度与同期同类国际权威模型相当。构建了SST-hl、SST-ll和SGG三种测量模式组合的新型重力卫星观测系统,数值试验表明该卫星系统可以实现三种不同测量模式的优势互补。提出了基于巨型星座(例如Starlink)SST-hl观测值恢复时变重力场的新思路,数值试验表明该模式可有效减弱因采样不足导致的混频误差影响,与Bender模式优势互补。发展了一种基于卫星频率信号传递确定低轨卫星沿轨引力位的新技术,设计了由一颗目标卫星和三颗高轨卫星组成的测量星座,数值仿真验证了该技术的理论可行性。.项目针对未来卫星重力探测技术开展了具有一定开拓性和前瞻性的研究,取得多项有影响力的研究成果,可为发展未来卫星重力梯度探测计划提供参考,也可为我国自主研制重力梯度测量卫星提供技术支撑。
我国自主高精度2′×2′空间分辨率全球重力场模型构建的研究
  • 批准号:
    41774020
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    徐新禹
  • 依托单位:
由Torus方法确定300阶次高精度全球GOCE卫星重力场模型的研究
  • 批准号:
    41574019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    徐新禹
  • 依托单位:
利用GOCE观测数据确定200阶高精度全球重力场模型的研究
  • 批准号:
    40904003
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    徐新禹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金