新一代重力卫星计划主要依靠高精度星载加速度计(ACC)、星间测距系统(KBR)或星载梯度计(SGG)进行地球重力场探测。搭载高精度星载GPS接收机的低轨卫星(low earth orbit,LEO)可以相对较低成本获取LEO卫星的精密轨道。卫星精密轨道一方面服务于LEO的主任务(如遥感、气象等);另一方面可以将这类LEO卫星和星座综合起来,构成LEO星群LEO星群精密轨道数据包含的丰富地球重力场信息为获取地球重力场的时变信息提供可能。本文给出一种利用LEO星群精密轨道数据反演地球重力场低阶带谐系数时变信息的实用方法——交叠点法,该方法可有效消弱非保守力等因素对重力场反演的影响。然后,以COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere&climate)为实例分析LEO星群交叠点的覆盖特性,径向轨道精度对交叠点法的影响。最后进行低阶带谐系数(C02和C03)时变信号的模拟计算,并对结果进行分析。
对2008—2014年由气象、电离层和气候卫星联合观测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate,COSMIC)掩星观测与最新版国际电离层参考模型IRI-2016输出得到的电离层峰值参数(峰值密度NmF2与峰值高度hmF2)在中国区域进行了比较。IRI-2016模型输出值与COSMIC掩星反演值的相关性在太阳活动高年(2011—2014年)整体上高于太阳活动低年(2008—2010年)。在低年春秋季的当地时间(local time,LT)12:00—14:00,IRI-2016相对于COSMIC掩星在30°N^55°N区域内对NmF2和hmF2分别存在低估和高估现象,在15°N^30°N区域内则恰恰相反。对于NmF2,采用IRI_CCIR和IRI_URSI两种选项的模型输出值在中午时分均存在高估,在低年高估更为显著。对于hmF2,采用IRI_CCIR和IRI_AMTB两种选项的模型输出值在低年各季节均存在高估,且IRI_AMTB选项高估更显著,冬季最突出。结果表明,在中国区域由IRI-2016模型计算NmF2和hmF2时,分别推荐使用IRI_CCIR和IRI_Shubin选项。
