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研究生:賴英豪
研究生(外文):YingHao Lai
論文名稱:中華三號衛星GPS觀測量應用於提昇地球重力場球諧係數精度之模擬分析
論文名稱(外文):Gravity Field Improvement Using GPS Data from COSMIC:a Covariance Analysis
指導教授:楊名楊名引用關係
指導教授(外文):Ming Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:測量工程學系
學門:工程學門
學類:測量工程學類
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
中文關鍵詞:全球定位系統地球重力場
外文關鍵詞:Global Positioning System(GPS)Earth’s gravity field
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中華三號衛星將於2003年發射升空,在國家太空計畫室規劃下為八顆微衛星,將從事氣象遙測應用及大氣科學研究,升空後初始軌道停留高度為400公里,預計最終停留軌道高度800公里,傾角72度。整個運轉過程分為兩階段,分別為轉變期間(高度400至800公里)與最終軌道(高度800公里)。轉變期間在400與800公里高度各有一顆中華三號衛星,而在500、600和700公里高則各有兩顆中華三號衛星呈前後飛行之狀態。最終軌道時則8顆中華三號衛星皆位在800公里高均勻分布於地球上空的軌道。八顆三號衛星裝載GPS接收儀來接收大量連續且均勻分布的GPS觀測量。而這些資料可用來進行地球重力場的改善。
由於目前可能中華三號衛星計畫更改,將衛星數減為6顆並取消轉變期間,因此本研究會同時模擬中華三號衛星8顆與6顆運轉過程兩階段所接收的觀測量,以進行地球重力場球諧係數的求解。結果發現若中華三號衛星為8顆時,轉變期間之觀測量對於重力場的改善較為明顯,與現行EGM96重力場模型精度值之比較可以改善2至20階的球諧係數與部分扇諧函數,使其精度提昇2至14倍,相當於提昇原有EGM96模型的大地起伏精度4公分。若為6顆則可提昇大地起伏約3.5公分。
在結束轉變期間的運轉後,中華三號衛星於最終軌道的任務將著重於地球重力場變化的監測,若是以精度1公分的1個月8顆觀測量對扇諧函數進行監測,所求解出的值可達到 等級的正確性,而對帶諧函數的監測則僅達到 等級的正確性,若只求偶數帶諧函數則可達到 等級的正確性。而若中華三號衛星為6顆時,其結果皆比8顆結果較差,不過正確性的等級是接近的。
第一章 緒論.................................. 1
§1-1 前言................................ 1
§1-2 文獻回顧............................ 3
§1-3 中華三號衛星簡介.................... 3
§1-4 研究方法............................ 4
第二章 衛星運動理論.......................... 5
§2-1 衛星運動方程........................ 5
§2-1-1 地球引力位擾動.................. 6
§2-1-2 多體擾動........................ 7
§2-1-3 海潮............................ 8
§2-1-4 固體潮.......................... 8
§2-1-5 大氣阻力........................ 9
§2-1-6 太陽輻射壓...................... 10
§2-1-7 地球輻射壓...................... 10
§2-2 測定重力場參數原理.................. 11
§2-2-1 觀測方程式線性化.................... 13
第三章 中華三號衛星模擬觀測量之產生與
重力場球諧係數之求解................. 16
§3-1 模擬中華三號衛星觀測量.............. 16
§3-1-1 積分軌道........................ 18
§3-1-2 各種擾動力模式.................. 19
§3-1-3 模擬GPS觀測量形式............... 22
§3-1-4 模擬觀測量的產生.................... 24
§3-1-5 觀測量雜訊與地面追蹤站分布...... 25
§3-2 重力場求解與精度評估................ 25
§3-2-1 求解參數的選擇.................. 25
§3-2-2 球諧係數求解的階數.............. 26
§3-2-3 精度評估之方法.................. 27
第四章 模擬實驗............................. 30
§4-1 GEODYN II程式說明................... 30
§4-2 GEODYN II 之坐標系統與時間系統...... 31
§4-2-1 坐標系統........................ 31
§4-2-2 時間系統........................ 33
§4-3 實驗敘述............................ 34
§4-3-1 衛星軌道參數.................... 34
§4-3-2 積分軌道與模擬觀測量............ 37
§4-3-3 參數求解........................ 42
第五章 實驗結果與分析....................... 43
§5-1 靜態重力場球諧係數之求定............ 43
§5-1-1 最終軌道之分析(8顆)........... 43
§5-1-2 轉變期間之分析(8顆)........... 44
§5-1-3 中華三號衛星6顆................. 45
§5-2 特定重力場球諧係數之長時間監測...... 58
§5-3 成果分析............................ 65
第六章 結論................................. 71
參考文獻..................................... 73
附錄A 地球重力場............................ 76
附錄B 模擬measurement type 41與43之檔案..... 81
附錄C 以轉變期觀測量進行Data Reduction...... 96
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