地球物理学报2024,Vol.67Issue(6) :2125-2140.DOI:10.6038/cjg2023R0422

多卫星星座对时变重力场反演精度和时空分辨率影响的模拟研究

A simulation study on uncertainties and spatio-temporal resolutions of time-variable gravity fields based on multiple GRACE-like constellations

郭丁昊 王长青 朱紫彤 熊宇昊 杨萌 钟敏 沈云中 陈秋杰 冯伟
地球物理学报2024,Vol.67Issue(6) :2125-2140.DOI:10.6038/cjg2023R0422

多卫星星座对时变重力场反演精度和时空分辨率影响的模拟研究

A simulation study on uncertainties and spatio-temporal resolutions of time-variable gravity fields based on multiple GRACE-like constellations

郭丁昊 1王长青 2朱紫彤 3熊宇昊 1杨萌 4钟敏 4沈云中 5陈秋杰 5冯伟4
扫码查看

作者信息

  • 1. 中山大学测绘科学与技术学院,广东珠海 519082
  • 2. 大地测量与地球动力学国家重点实验室,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,武汉 430071
  • 3. 大地测量与地球动力学国家重点实验室,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,武汉 430071;中国科学院大学,北京 100049
  • 4. 中山大学测绘科学与技术学院,广东珠海 519082;极地环境立体观测与应用教育部重点实验室(中山大学),广东珠海 519082
  • 5. 同济大学测绘与地理信息学院,上海 200092
  • 折叠

摘要

近二十年,GRACE/GRACE-FO实现了对地球时变重力场的连续监测.但受单极轨轨道配置、背景模型误差和载荷精度的限制,其时空分辨率和观测精度不足以探测短时间、小尺度的质量变化信号.以欧空局MAGIC(Mass Change and Geoscience International Constellation)和中山大学"天琴计划"为代表的下一代重力计划将通过多对卫星星座和新一代高精度载荷来提高时变重力场反演精度.考虑到未来多项卫星重力计划和当前GRACE-FO、中国重力卫星同期观测的可能,本文基于动力学方法对双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座构型进行了闭环仿真模拟,并对其月尺度解和1~3天短周期解进行评估.结果表明:(1)相较于单极轨,双极轨、Bender、极轨+Bender和双Bender四种星座的月尺度时变重力场恢复精度分别提高了 30.7%、85.7%、85.9%和89.5%.(2)多对卫星星座能够恢复高空间分辨率的短周期时变重力场解,且在时间序列中能够保留地球物理信号的高频部分.其中双Bender能够恢复40阶的1天解时变重力场,极轨+Bender能够恢复40阶的2天解时变重力场,Bender能够恢复40阶的3天解时变重力场.

Abstract

In recent two decades,GRACE/GRACE-FO has continuously monitored the earth's time-variable gravity field(TVG).However,limited by a single-polar orbit configuration,background model errors and the accuracy of satellite payloads,the spatio-temporal resolution and accuracy of TVG are insufficient to detect short-term,small-scale mass change signals.The next-generation gravity missions(NGGMs),represented by ESA's MAGIC(Mass Change and Geoscience International Constellation)and SYSU's"TianQin",will improve the accuracy of the recovered TVG through multi-pair satellite constellations and the new generation of high-precision satellite payloads.Considering the possibility of synergistic observation for future gravity missions,GRACE-FO and the Chinese gravity mission,this paper performed closed-loop simulations based on four constellations:2Polar,Bender,Polar+Bender and 2Bender with the dynamic method.The solutions based on these different simulations are evaluated on one-day,two-day,three-day and monthly time scales.The results show that compared with the single-polar,the accuracy of monthly TVG for 2Polar,Bender,Polar+Bender and 2Bender is increased by 30.7%,85.7%,85.9%and 89.5%,respectively.The multi-pair satellite constellations can recover short-term TVG with high spatial resolution and retain the high-frequency part of the geophysical signals in time series.Among them,in terms of 40 degrees in spherical harmonics,2Bender,Polar+Bender and Bender can recover 1-day,2-days,and 3-days TVG,respectively.

关键词

下一代重力计划/卫星编队/闭环模拟

Key words

Next generation gravity mission/Satellite constellation/Closed-loop simulation

引用本文复制引用

基金项目

国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(42061134010)

国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目(12261131504)

国家自然科学基金面上项目(42174103)

湖北珞珈实验室开放基金(220100044)

中央高校基本科研业务费专项中山大学项目(221gqb09)

出版年

2024
地球物理学报
中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所

地球物理学报

CSTPCD北大核心
影响因子:3.703
ISSN:0001-5733
参考文献量48
段落导航相关论文