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GRACE-FO重力卫星激光干涉测距原始数据预处理 被引量：1
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作者 尹恒 朱紫彤 +5 位作者 闫易浩 王长青 钟敏 冯伟 朱炬波 谷德峰 《地球物理学报》 北大核心 2025年第5期1615-1632,共18页
GRACE-FO重力卫星激光干涉测距(LRI)具有以纳米级精度测量双星星间距离变化的能力,在高精度刻画中长空间尺度的地球重力场变化、地表物质迁移与分布方面具有巨大潜力.由于原始LRI测量相位中存在的时标误差、相位跳跃和测距系统误差等误... GRACE-FO重力卫星激光干涉测距(LRI)具有以纳米级精度测量双星星间距离变化的能力,在高精度刻画中长空间尺度的地球重力场变化、地表物质迁移与分布方面具有巨大潜力.由于原始LRI测量相位中存在的时标误差、相位跳跃和测距系统误差等误差源会直接影响相位转换到测距的精度,进而传播至后续的重力场解算及其科学应用中,因此需要对LRI测量相位进行精细的数据预处理.本文基于GRACE-FO卫星实测数据,深入研究了LRI测量数据特征、原始数据预处理流程以及相应的关键技术,生成了自主研发的激光干涉测距产品(LRI1B SYSU S10).针对美国喷气推进实验室(JPL)现有相位跳跃处理算法存在不能精确处理相位跳跃的不足,本文验证了相位跳跃模板法与相位跳跃平滑法结合可有效消除不同类型的相位跳跃.研究结果显示,本文LRI1B产品的有偏距离变率在0.1 Hz处的精度可达到1 nm·s^(-1)·Hz^(−1/2),优于JPL的RL04(Release 04)版本产品(5~10 nm·s^(-1)·Hz^(−1/2)),与德国爱因斯坦研究所(AEI)的同类产品相当;基于本文产品反演的大地水准面阶方差在30阶以上优于JPL产品的结果,与AEI结果一致性较好.本文开发的LRI数据预处理方法有效消除了原始测量相位中的各类误差,对未来采用LRI的GRACE类重力卫星任务(如天琴二号)的数据预处理、重力场反演和地表物质迁移研究具有重要意义. 展开更多
关键词 GRACE-FO 激光干涉测距 数据预处理 相位跳跃 重力场反演
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星间K波段测距系统中的时钟精度及其低频特征分析
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作者 闫易浩 王长青 +4 位作者 钟敏 尹恒 朱紫彤 穆庆禄 梁磊 《地球物理学报》 北大核心 2026年第1期83-96,共14页
GRACE类重力卫星通过监测全球月时变重力场变化,为研究地球质量变化以及全球气候变化提供了重要的地球物理基础数据.测量星间距离变化的星间测距系统是重力卫星的关键载荷,GRACE/GRACE-FO(GRACE Follow-On)和中国首对重力卫星均搭载了... GRACE类重力卫星通过监测全球月时变重力场变化,为研究地球质量变化以及全球气候变化提供了重要的地球物理基础数据.测量星间距离变化的星间测距系统是重力卫星的关键载荷,GRACE/GRACE-FO(GRACE Follow-On)和中国首对重力卫星均搭载了微米级测量精度的星间微波测距系统(KBR).该系统基于超稳晶振(USO)进行授时授频,并借助GPS精密定轨后处理精确计算本地时钟(USO时钟)与GPS时钟之间的钟差,完成双星之间的时间同步以及对USO频率的精密测量.因此,USO/GPS时钟精度直接影响KBR的测距精度.本文基于GRACE-FO数据,深入研究了不同时钟精度以及USO时钟低频特征的影响因素对KBR测距的具体影响.首先评估了USO时钟和GPS时钟的精度,及其对KBR有偏距离和载波频率变化改正(FV改正)的影响;之后进一步分析了USO时钟低频精度的影响因素,包括相对论效应和载荷处理单元(IPU)的温度场变化.研究结果表明:(1)与USO时钟相比,GPS时钟可将KBR测距的低频(<1 mHz)精度提高1~2个量级,满足有偏距离的计算需求,但GPS时钟的高频(1~6 mHz)噪声会在FV改正中引入高于KBR设计噪声水平的噪声;(2)在影响USO时钟低频精度的因素中,相对论效应是单星USO时钟与GPS时钟之间在1 cpr和2 cpr频率处钟差的主要成分,而该效应引起的相对钟差对有偏距离的测量影响可以忽略不计,但在FV改正的1 cpr和2 cpr频率处仍是主要影响因素.双星IPU的温度场相对变化与相对钟差之间的相关系数在70%的时间段内高于0.6,表明温度场变化是影响USO时钟低频精度的潜在因素.此外,USO频率漂移的年际变化与卫星IPU的温度变化高度相关,但相对钟差的误差与卫星IPU的温度变化并未表现出明显的相关性.本研究为评估KBR测距中的时钟噪声以及优化数据预处理算法提供了理论依据. 展开更多
关键词 GRACE-FO 微波测距系统(KBR) 本地时钟 GPS时钟 相对论效应
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不同指向模式下星载冷原子梯度仪对重力场解算精度的影响
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作者 穆庆禄 王长青 +4 位作者 闫易浩 钟敏 冯伟 梁磊 朱紫彤 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2528-2545,共18页
冷原子干涉测量技术(CAI, Cold-Atom Interferometry)的发展为未来卫星重力梯度测量任务提供了新的测量思路.目前基于该任务概念的模拟研究均基于单一的观测指向模式对CAI梯度仪的对地观测能力进行论证.本文在GOCE卫星任务背景下,通过... 冷原子干涉测量技术(CAI, Cold-Atom Interferometry)的发展为未来卫星重力梯度测量任务提供了新的测量思路.目前基于该任务概念的模拟研究均基于单一的观测指向模式对CAI梯度仪的对地观测能力进行论证.本文在GOCE卫星任务背景下,通过数值闭环模拟评估了CAI梯度仪在近地指向和惯性指向模式下对重力场观测影响.实验结果表明:在近地指向观测模式下,CAI梯度仪受卫星旋转角速度的影响,重力场解算的精度仅在50阶以内优于GOCE卫星的模拟结果.若当卫星搭载轨道旋转补偿系统时可以有效地减弱卫星旋转对CAI梯度仪的影响,进而提高重力场模型的解算精度.梯度张量主对角线三分量的联合解算精度在全频段内都要优于GOCE卫星相应分量的结果,精度可提高1.5~6倍.在惯性指向观测模式下且仅考虑卫星残余角速度的影响时,CAI梯度仪的解算结果在30阶以后比GOCE卫星所搭载的GRADIO梯度仪的精度低.而在综合考虑卫星残余角速度和卫星轨道面旋转后,解算得到的重力场在100阶以内优于GOCE卫星解算精度.进一步比较两种指向模式下分别基于单轴、双轴和三轴观测的结果可以发现,三轴观测时两种指向模式的解算精度相当,在所有阶次上都要优于GRADIO梯度仪的结果.但基于单轴进行观测时,近地指向模式下V_(zz)分量的精度更高,而对于双轴观测的情况,惯性指向下的组合(V_(xx)+V_(zz)和V_(yy)+V_(zz))解算精度更高.本研究通过对不同指向模式下CAI梯度仪对地观测影响的分析,可为基于CAI梯度仪的新型空间量子-地球重力场测量任务提供相应的参考. 展开更多
关键词 地球重力场 GOCE 冷原子梯度仪 近地指向 惯性指向
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