多类卫星重力梯度仪误差特性及其重力场探测性能

来源：大地测量与地球动力学杂志2026年第3期北京时间：

作者：卢辰宇, 李建成, 徐新禹, 赵永奇, 郭泽华, 刘有建

单位：1 武汉大学地球与空间科学技术学院, 武汉, 430072,2 武汉大学测绘学院, 武汉, 430079,3 中南大学, 长沙, 410083,4 武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室, 武汉, 430079

摘要：本文对冷原子干涉(CAI)型、静电悬浮型(EA、MicroSTAR、GOCE)及组合型(CAI-EA、CAI-MicroSTAR)卫星重力梯度仪在地球指向模式下的误差特性及其全球静态重力场探测性能进行数值模拟, 深入分析这些重力梯度仪设计层面的自身噪声和卫星旋转角速度对重力梯度观测值误差的影响。基于90 d周期200 km和250 km高度的近极卫星轨道和含噪声的模拟梯度观测值, 分析不同类型梯度仪和不同噪声水平反演静态重力场的能力。结果表明, CAI能显著降低低频段噪声水平。在考虑静电悬浮梯度仪标称噪声和CAI不同噪声水平的情况下, 组合型梯度仪反演重力场的总体性能最佳, EA、MicroSTAR、GOCE反演精度依次降低, 而具有白噪声特点的CAI梯度仪反演低阶重力场的性能优于静电悬浮梯度仪。当轨道高度为200 km, CAI加速度计精度为3.5×10-12 m/(s2·$\sqrt{\mathrm{Hz}} $)时, CAI-EA、CAI-MicroSTAR梯度仪与GOCE梯度仪在300阶的累积大地水准面误差分别为2.9 cm、3.2 cm与3.7 cm, 累积大地水准面误差1 cm对应的最高阶分别为250阶、240阶与225阶。

关键词：冷原子干涉重力梯度仪,静电悬浮重力梯度仪,重力梯度观测值噪声,静态重力场,重力场反演

基金资助：国家自然科学基金(42388102),国家自然科学基金(42192533),国家自然科学基金(42074019),中央高校自主科研项目(2042022dx0001)