CH/T 2015-2018 卫星激光测距 数据处理规范.pdf

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  • 观测模型描述了观测量中所含理论值和双 观测方程是建立观测量与待求参数之间关系的基本方程,是数据处理与大地基准产品生产的基 测模型包念在观测方程中,观测方程为

    IF2014。需要提供卫星激光测距大地基准产品时,应将测站坐标作为待估参数进行解算。

    6.3.3卫星初始状态

    卫星初始状态包括参考时刻的卫星轨道根数或卫星坐标及速度,可通过ILRS轨道预报又件获取。

    人孔标准3.4系统观测误差改正

    卫星激光测距数据处理中,必须考虑以下系统观测误差改止: a)测站潮汐改正,包括:

    CH/T2015—2018

    1)固体潮改正。固体潮汐效应是在日、月引力作用下,固体地球产生的周期性形变,会引起 测站位置变化。其改正模型应符合最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010),具体模 型见公式(A.1)、公式(A.2)、公式(A.3)。 2) 极潮改正。极潮是由地球自转不均匀而产生的地球离心力变化导致的地球形变,会引起 测站位置变化。其改正模型应符合最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010),具体模 型见公式(A.4)。 3 海潮改正。在日、月引力作用下,海潮引起测站位置发生周期性变化。其改正模型应符合 最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010),具体模型见公式(A.5)。 大气折射改正。大气折射效应使激光在大气中的传播时间发生延迟,应采用对流层延迟模型 进行修正,具体模型见公式(A.6)、公式(A.7)、公式(A.8)。 相对论效应改正。广义相对论效应使激光在地球引力场中传播时发生引力时延。对于地球动 力学卫星,激光测距引力时延可达厘米量级,数据处理中应考虑其影响,具体模型见公式 (A.9)。 卫星质心改正。由于激光反射器中心相对于卫星质心存在偏差,故须对激光测距进行卫星质 心改正。卫星质心改正模型取决于卫星的外形、激光反射器位置、卫星姿态和卫星激光测距 测站系统运行方式,该项改正随卫星而异,常用的几个地球动力学卫星质心改正模型见 表A.1。 系统偏差改正。卫星激光测距系统偏差包括系统距离偏差和时间偏差引起的误差等,在进行 数据处理时应扣除或估计此项偏差。 测站偏心改正。卫星激光测距仪的测量中心相对于测站标定坐标之间的偏差就是测站偏心改 正,在卫星激光测距数据处理中应进行改正,具体模型见公式(A.10)

    卫星运动方程表示卫星运动的加速度和作用力之间的关系,其中动力学模型是建立卫星运动方程 的基础。在惯性坐标系中,卫星运动方程为

    r =f TB +f NB+f Ns+f TD+f REL+f sR +f ER +f DG +f TH ..···2

    太阳、月球、木星等太阳系天体会对地球卫星产生引力摄动,这些天体的空间位置可从行星历表 体摄动模型见公式(B.1)

    太阳、月球、星等太阳系天体会对地球卫星产生引力摄动,这些天体的空间位置可 取,N体摄动模型见公式(B.1)

    6.4.3太阳辐射压摄动

    太阳直射到卫星表面产生太阳辐射压摄动。对形状复杂的卫星,可将其分为若干个平面分别进行 计算,然后矢量求和得到所受到的太阳辐射压摄动加速度,具体模型见公式(B.2)。对球形卫星,具体模 型见公式(B.3)

    6.4.4大气阻力摄动

    大气阻力摄动是大气对卫星运动 量摄动,其模型见公式(B.4)。对于有阳 帆板的卫星,需要同时考虑太阳帆板产生的大气阻力,其模型见公式(B.5),

    6.4.5与地球引力位系数有关的摄动

    6.4.5.1地球形状摄动

    球形状摄动是由地球形状不规则和质量分布不均造成的附加摄动。在地固坐标系中,该摄动对 L力位计算模型见公式(B.6)

    6.4.5.2固体潮摄动

    ahr)[ 体潮汐模型为基础,考虑液核的动力学影响,对不同的分潮波(主要是全日波)采用不同的勒夫数。勒夫 数应随分潮波频率的不同而不同,其模型应符合最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010)。具体模 型见公式(B.7)、公式(B.8)、公式(B.9)

    6.4.5.3海潮摄动

    每潮使地球引力位发生变化,从而对卫星轨道产生海潮摄动。应采用海潮模型,通过修正地球引力 计算海潮摄动,其模型应符合最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010)。具体模型见公式

    6.4.5.4大气潮摄动

    大气潮使地球引力位发生变化,从而对卫星轨道产生大气潮摄动。应采用大气潮模型,通过修正地 球引力位系数计算大气潮摄动,其模型应符合最新IERS规范,如目前的IERS规范(2010)。具体模型 见公式(B.11)公式(B.12)。

    地球自转产生的离心力引起地球体积和密度分布的变化,进而使卫星轨道摄动产生一个附加摄动。 具体模型见公式(B.13)。

    6.4.6地球辐射压摄动

    地球辐射压摄动包括地球反照辐射压摄动和红外辐射 (B.15)、公式(B.16)、公式(B.17)

    6.4.7月球J/项扁率摄动

    月球J,项扁率摄动是将月球视作扁球体时月球对卫星产生的附加摄动。具体模型见公 (B.18)、公式(B.19)

    d 重力场模型采用IERS或IAG推荐的最新模型; e) 大地基准参数应与其他未知参数一同进行解算,其中动力学参数和几何参数须根据实际情况 进行参数个数和估计策略的调整; SINEX解应具有一定的时间连续性,地球自转参数解应每天1组,卫星激光测距测站坐标解 应每7天1组,地心运动解应每30天1组,

    7.1卫星激光测距观测数据精度评定

    星激光测距观测数据精度按公式(3)计算,即 Mi=D

    M,= 式中: 观测量的内符合精度; Du 观测量的方差。

    7.2地球自转参数精度评定

    地球自转参数精度按公式(4)计算,即

    式中: MERP.j 地球自转参数在i分量上的精度; j 地球自转参数包括极移分量(p,yp)和日长dLoD,j=p,yp,dLOD; n 一地球自转参数解的个数; X.j 第i个地球自转参数解在i分量的估计值; Xi 第i个地球自转参数解在i分量的参考值。

    7.3地心运动参数精度

    也心运动(GCM)参数精度按公式(5)计算,即

    式中: MGcM.j 地心运动位移量在j方向上的精度; j 地心运动位移分量的方向,j=,y,2; n 一地心运动位移解的个数; X.j 一 第i个地心运动位移解在i方向的估 X 第个地心运动位移解在方向的参

    7.4测站坐标及速度精度评定

    测站(STA)坐标及速度参数估计精度按公式(6)计算,即 MSTA.=/DsTA.

    式中: MsTA.j 测站坐标或速度在i方向上的内符合精度; DsTA.j 测站坐标或速度在j方向上的方差; 测站坐标或速度分量的方向,j=r,y,2。 测站坐标及速度外符合精度包括: 1 测站坐标及速度各分量外符合精度按公式(7)计算即

    式中: MsTA.j 测站坐标或速度在i方向上的外符合精度; j 测站坐标或速度分量的方向,j=r,y,2; n 测站个数; X 一第i个测站坐标或速度i方向的估计值; Xi 一第i个测站坐标或速度i方向的参考值。 2) 测站位置及速度外符合精度(MsTA)按公式(8)计算,即

    CH/T20152018

    A.1.1固体潮改正模型

    A.1.2极潮改正模型

    A.1.3海潮改正模型

    A.2.1对流层天顶延迟模型

    延迟可分为流体静态力学和非 态力学两 态力学部分的改正公式为

    对流层关项延迟可分为流体静态力 学和非流体静态力学两部分。 a)流体静态力学部分的改正公式为

    式中: As 太阳引力场引起的相对论效应改正; 4E 地球引力场引起的相对论效应改正; APREL 由太阳和地球引起的相对论效应改正; G 万有引力常量; Ms 太阳质量,GMs=1.327124×102°m/s; Me 地球质量,GMg=3.9860044×1014m/s; c 光速; 太阳到卫星的距离; + 地球到卫星的距离; R, 太阳到测站的距离; R2 地球到测站的距离; P 卫星与测站的距离; Y 相对论效应修正因子,可作为被估计量,正常值=1。

    4s 太阳引力场引起的相对论效应改正; 4E 地球引力场引起的相对论效应改正; APREL 由太阳和地球引起的相对论效应改正; G 万有引力常量; Ms 太阳质量,GMs=1.327124×102°m/s; Me 地球质量,GMg=3.9860044×1014m/s; c 光速; ri 太阳到卫星的距离; r2 地球到卫星的距离; R1 太阳到测站的距离; R2 地球到测站的距离; Q 卫星与测站的距离; Y 相对论效应修正因子,可作为被估计量,正常

    表A.1不同测站卫星质心改正

    APRO= =(pC+P,C+PCu) ..................(A.10

    PRO 测站偏心(RO)改正; P 卫星与测站的距离,Pr、PP分别为p在测站坐标系中、y、方向上的分量; CE 测量设备的测量中心相对于测站标定坐标在偏东方向上的偏心量 CN 测量设备的测量中心相对于测站标定坐标在偏北方向上的偏心量; Cu 测量设备的测量中心相对于测站标定坐标在偏高方向上的偏心量。

    aN 一N体摄动加速度; GM,一一第i个摄动体的引力常数; R,—第i个摄动体在地心惯性系中的位置失量,其模为R;;

    根据卫星形状,采用不同的太阳辐射压摄动模型: 对于形状比较复杂的卫星,太阳辐射压摄动模型为

    aR= 式中: aR 太阳辐射压摄动加速度; P 卫星处的太阳辐射流量; A; 面元i的面积; n; 面元i的法向矢量; 3; 卫星到太阳的方向矢量; ; 面元i的法向与卫星到太阳方向之间的夹角; α; 面元i的方向因子,coso,0时为0,coso,>0时为1; P; 面元i的反射系数; 8; 面元i的散射系数; m 卫星的质量; ? 卫星的蚀因子 b) 对于球形卫星,太阳辐射压摄动模型为

    PSR 作用在离太阳一个天文单位处黑体上的太阳辐射压强; au 天文单位,au=1.49597870700×10m; m 卫星的质量; CR 卫星的表面反射系数:

    ar=PsraiCk (A)r

    A 卫星的表面积; 地影因子,= ,a是太阳被蚀的视面积,b是太阳视面积,当卫星在日光中时=1, 在本影中时丫=0; 太阳到卫星的位置矢量,其模为As。

    根据卫星有无太阳帆板,采用不同的大气摄动模型 对于没有太阳帆板的卫星,其大气阻力摄动模型为

    2p.C,(A)v.v

    式中: aDG 大气阻力摄动加速度; Pa 卫星处(a)的大气密度; CD 大气阻力系数; A 卫星的横截面积; m 卫星的质量; 一卫星相对于大气的速度矢量,其模为V.。 b)对于有太阳帆板的卫星,除考虑卫星本体大气阻力摄动外,还应考太阳帆板产生的大气阻 力,其摄动模型为 aDP= .(B.5) n 式中:

    A 卫星的横截面积; m 卫星的质量; V,一一卫星相对于大气的速度矢量,其模为V.。 b)对于有太阳帆板的卫星,除考虑卫星本体大气阻力摄动外,还应考虑太阳帆板产生的大气阻 力,其摄动模型为 IA,cosYl aDP= V.V, .·(B.5) n 式中: aDP 太阳帆板引起的大气阻力摄动加速度; 适用于太阳帆板的大气阻力系数; 卫星处(a)的大气密度; 卫星的质量; A,一 太阳帆板(p)的面积; Y 太阳帆板法向和卫星相对于大气速度方向的夹角; V 卫星相对于大气的速度矢量,其模为V.

    aDp 太阳帆板引起的大气阻力摄动加速度; CDP 一适用于太阳帆板的大气阻力系数; 卫星处(a)的大气密度; 卫星的质量; A,一太阳帆板(p)的面积; Y 太阳帆板法向和卫星相对于大气速度方向的夹角: V. 卫星相对于大气的速度矢量,其模为V.

    B.4地球引力位系数有关的摄动

    B.4.1地球非球形摄动

    地球非球形摄动可以用球谐函数表示,即

    aE 地球参考椭球体的赤道半径; r 卫星至地心的距离; $ 一测站的大地纬度; 入 测站的大地经度; Pa.m 勒让德多项式; C..m.S..m 归一化后的球谐系数。

    aE 地球参考椭球体的赤道半径; r 卫星至地心的距离; 9 测站的大地纬度; 入 测站的大地经度; Pa.m 勒让德多项式; C..m.S..m 归一化后的球谐系数

    固体潮摄动可表达成球谐函数展开式,其系数计算分三步进行: a)计算与频率无关的球谐系数改正,即

    烟草标准AC2.m——二阶球谐系数(余弦项)改正值; △.S2.m 二阶球谐系数(正弦项)改正值:

    由海潮引起的球谐系数改正为

    am 月球的赤道半径; J? 月球摄动的二阶带谐项; G 万有引力常数; Mm 月球质量; rpm 卫星在月固坐标系中的位置矢量; Tpm 卫星在月固坐标系中的月心距离; 9pm 卫星在月固坐标系中的纬度; 入pm 卫星在月固坐标系中的经度; rem 地球在月固坐标系中的位置矢量; rem 地球在月固坐标系中的月心距离; Pem 地球在月固坐标系中的纬度; 入em 地球在月固坐标系中的经度。 b) 月球J?扁率摄动加速度(在J2000.0地心天球坐标系中)为

    aUpJ2) aUe AM,=PTNTM aron ......B.19 are

    AM2 月球J2扁率摄动加速度(在J2000.0地心天球坐标系中); P 岁差旋转矩阵; N 章动旋转矩阵; M 月心瞬时真坐标转换到月固坐标系的旋转矩阵。 其他符号见公式(B.18)

    B.6.2地球J,项扁率间接摄动

    a)地球J探伤标准,项在月心处的加速度为

    ....
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