【摘 要】
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重力位和海拔高的测量是大地测量学的基本任务。由于时频科技的迅速发展,相对论大地测量近年来受到广泛关注。欧空局和法国空间研究中心联合策划了ACES计划,将于2021年将两台高精度的原子钟搭载到国际空间站上,实施高精度的空地时频信号比对,计划比对精度为2×10-16,其科学目标之一是以更高的精度检验引力红移效应,并开展测定重力位的研究。针对国际空间站ACES计划中的三个微波频率链路,本文建立了精度为c
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重力位和海拔高的测量是大地测量学的基本任务。由于时频科技的迅速发展,相对论大地测量近年来受到广泛关注。欧空局和法国空间研究中心联合策划了ACES计划,将于2021年将两台高精度的原子钟搭载到国际空间站上,实施高精度的空地时频信号比对,计划比对精度为2×10-16,其科学目标之一是以更高的精度检验引力红移效应,并开展测定重力位的研究。针对国际空间站ACES计划中的三个微波频率链路,本文建立了精度为c-3量级的三频组合法模型,从而有效提取出引力红移的值,进而计算出地面重力位和海拔高。模型中考虑了多普勒频移,电磁波由于空间介质折射产生的频移,电离层和对流层频移、横向多普勒频移、Shapiro频移等。本文还对电离层高阶项、潮汐效应等影响的研究表明,在1米级精度要求下可忽略这些影响。为了进一步检验模型的正确性,本文设计了ACES计划的仿真实验,考虑了真实重力场、空间站轨道、电离层和对流层参数,以及各种类型的时钟噪声,实验获得的地面正高的值和模型计算出的值相比,相差仅0.4米,满足ACES计划的精度需求,同时给出了输入参数的精度需求,包括空间站和地面站的位置、速度、时间参数等。三频组合法将用于ACES计划的数据处理,获得至少米级精度的重力位和海拔高,同时还可应用于正在建设的中国空间站,在考虑更精确的误差改正之后可望达到更高的精度水平。
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