大地水准面高和垂线偏差截断系数的递推公式

基于日本的获原子幸男大地水准面高截断系数Ｑｎ（ｔ）和垂线偏差Ｃｏｏｋ截断系数ｑｎ（ｔ）的递推公式，本文推导了惯用大地水准面高截断系数Ｑｎ（ψ０）和垂线偏差截断系数Ｒｎ（ψ０）的递推公式，并列出了利用最小平方逼近方法改化Ｓｔｏｋｅｓ积分核以加速级数收敛的公式和改化后的截断系数。     

弹道扰动引力的有限元逼近算法

为了克服多项式逼近弹道扰动引力的缺点，根据有限元插值的原理，采用了对弹道周围空间区域进行有限元剖分的方法，利用剖分单元各顶点的扰动引力分量内插出弹道点对应的扰动引力分量值。结果表明，文中提出的逼近算法能够快速精确可靠地逼近弹道扰动引力，是一种具有应用价值的方法。     

高度异常计算中的截断误差估计问题

按雪林-拉普重力异常阶方差模型估算了不同界圆半径时高度异常和垂线偏差计算中的截断误差值，证明了采用改化积分核的方法将使截断误差大为减小，为减小截断误差，提出两种适用而简单的改化积分核方法。     

弹道扰动引力的有限元逼近算法

为了克服多项式逼近弹道扰动引力的缺点,根据有限元插值的原理,采用了对弹道周围空间区域进行有限元剖分的方法,利用剖分单元各顶点的扰动引力分量内插出弹道点对应的扰动引力分量值.结果表明,文中提出的逼近算法能够快速精确可靠地逼近弹道扰动引力,是一种具有应用价值的方法.     

一种改进的计算中央区扰动引力梯度对角线分量方法

针对利用Stokes公式计算邻近地面点扰动引力梯度时,径向分量的计算出现奇异性,积分中央区对水平分量的忽略导致扰动引力梯度对角线三分量之和不满足拉普拉斯方程的现象,引入了双二次多项式插值和变量替换技术,推导了扰动引力梯度对角线三分量在中央区的改进计算方法.分别利用仿真数据和真实数据开展了计算验证工作,并将计算结果与泰勒...     

利用改进的Hotine积分确定地球外部重力场

为解决Hotine积分计算低空扰动引力径向分量时的奇异性问题,本文从Hotine积分公式入手,分析了产生奇异性的原因及其影响;并在此基础上根据分区原理推导出Hotine积分的无奇异公式,本文算法将内区视为扰动重力值相等的微小平面,直接进行数学积分以消除奇异性,最后从理论上阐述了本文算法的优势。数值试验结果表明,相较于传统方法,改进后的Hotine积分在整个积分区域内连续,地表附近扰动引力径向分量的计算结果奇异性消除,而且高度越低,精度越好。此外,经过改化,Hotine积分核函数变为边界面上扰动重力差分形式,这减弱了远区地面数据对计算结果的影响,改进后的Hotine积分对地面数据的需求量相比于传统算法降低了近20倍,而且高度越低,对积分半径的要求越低。本文算法适用于低空外部重力场计算,而且效能较高。     

利用CHAMP卫星星历恢复引力位模型的模拟研究

对CHAMP卫星星历恢复引力位模型的精度，使用3种方法和不同积分弧长作了模拟计算，结果表明，采用正则化方法并扩展积分弧长将有助于提高解算法系数的精度，预期CHAMP卫星观测将使现有引力位模型低阶位系数的精度提高1－2个数量级。     

利用Hotine积分与扰动重力数据确定区域大地水准面

随着GNSS、航空重力等技术的发展,扰动重力数据的获取变得越来越便捷。然而目前利用Hotine积分与扰动重力数据确定区域大地水准面的研究比较少。本文主要研究了Hotine积分中央区改正方法和Hotine积分核函数改进方法;利用改进的Hotine积分核函数结合扰动重力数据构建了区域大地水准面。实验表明,本文提出的中央区改正方法可以解决Hotine积分中央区奇异的问题;改进核函数的方法可以有效地削弱远区截断误差的影响并且可以提高数据的利用率。     

应用CHAMP星历精化地球重力场的正则化算法与模拟结果

给出由低轨卫星的星历数据计算地球引力位系数的观测方程，探讨解算位系数的正则化算法，导出基于Kaula规则约束的正则化算法的均方误差迹的谱分解公式。利用CHAMP卫星5天的模拟星历恢复了直至54阶次的引力位系数。模拟结果表明：基于Kaula规则约束的正则化算法能有效地改善36阶次以上的位系数精度。     

重力异常向上延拓严密改化模型及向下延拓应用

重力异常向上延拓全球积分模型在航空重力测量数据质量评估和向下延拓迭代计算等领域具有广泛的应用。为了消除积分核函数奇异性影响,需要对该模型进行基于积分恒等式的移去-恢复转换及全球积分域的分区改化处理。在此过程中,传统改化处理方法往往忽略了全球积分过渡到局域积分引起的积分恒等式偏差影响,从而导致不必要的计算模型误差,最终影响向上延拓计算结果的可靠性,甚至影响向下延拓迭代解算结果的稳定性。针对此问题,本文开展了重力异常向上延拓积分模型改化及向下延拓应用分析研究,依据实测数据保障条件和积分恒等式适用条件要求,导出了重力异常向上延拓积分模型的分步改化公式,提出了补偿传统改化模型缺陷的修正公式,并将最终的严密改化模型应用于重力异常向下延拓迭代解算。使用超高阶地球位模型EGM2008作为标准位场开展数值计算检验,分别对重力异常向上延拓分步改化模型的计算精度及在向下延拓迭代解算中的应用效果进行了检核评估,验证了采用严密改化模型的必要性和有效性。     

重力异常阶方差模型精度及其截断误差分析

在评估重力场模型计算空间扰动引力精度时,对模型截断误差常采用阶方差方法。文中将6种经典的重力异常阶方差模型与现有超高阶重力场模型的阶方差进行比较,TSD模型与重力场模型的差值最小。根据重力异常阶方差模型TSD,文中分析不同高度、不同阶次利用重力场模型计算空中扰动引力时截断误差的影响。实验结果表明:36阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为26.455 1mGal、25.946 3mGal;360阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为9.969 0mGal、9.960 9 mGal;2160阶模型截断误差最大径向和水平方向分别为2.538 5 mGal、2.538 1mGal;2160阶模型计算空中扰动引力时,即使在低空附近,截断误差在2.5mGal以内,计算高度超过5km,截断误差可以忽略;超过400km的高度,都可以用36阶模型计算,截断误差在1mGal以内。     

关于Hotine积分的若干注记

本文通过对Hotine积分和Stokes积分进行比较,指出Hotine积分是一种更有利于确定高精度大地水准面的方法,同时还导出了计算Hotine积分中截断系数的递推公式以及高阶截断误差的近似估计公式。     

点质量模型计算空间扰动引力的多项式拟合研究

本文通过对点质量模型计算各频段空间扰动引力矢量随高度变化的分析,提出了点质量模型的代数多项式拟合逼近模型。通过对多项式拟合函数与点质量模型计算空间扰动引力矢量结果的比较,确定了各频段适合实际计算的多项式函数次数,从而建立起能够替代点质量模型的分段多项式拟合函数模型。所建立的拟合函数模型能够贴切地反映出空间扰动引力各频段的变化特征,而且函数形式简单,有利于实现空间扰动引力的实时、快速计算。     

卫星重力径向梯度数据的最小二乘配置调和分析

本文深入研究了利用卫星重力梯度径向分量确定地球引力场位系数的最小二乘配置(LSC)调和分析方法。首先论述了最小二乘配置法的原理,推导了扰动引力梯度观测量与球谐系数之间的协方差和自协方差矩阵,在扰动引力梯度观测数据为等经差规则网格数据的情况下,引力位与扰动引力梯度之间的协方差矩阵具有分块Toeplitz循环阵的结构,有效的利用FFT变换技术将其降阶;研究利用截断奇异值分解法（TSVD）解决协方差阵的病态性问题;最后得到了引力梯度径向分量的最小二乘配置调和分析的完整计算公式。模拟试算结果表明,基于TSVD的最小二乘配置调和分析方法,能够以较高的精度还原全球重力场,验证了本文算法的有效性和实用性。     

计算低空扰动引力的模型方法比较

针对不同模型方法在低空扰动引力计算中的适用问题,该文选取我国某山地区域,分析比较球谐位系数模型法、点质量模型法和Stokes积分法在低空不同高度的扰动引力计算精度及效率;并且分析误差来源和个别改进办法。结果表明:点质量模型计算低空扰动引力精度较高,且速度最快;去奇异点的Stokes积分法可以解决低空积分时数值溢出的问题,但精度较低;球谐位系数模型法原理简单,但计算速度最慢。     

快速确定扰动引力的广域多项式逼近方法的模拟实验

飞行器在飞行过程中时刻受到地球重力场的作用,地球外部空间扰动引力会对飞行器的运行轨迹和姿态等方面产生影响,因此,研究地球重力场信息并实时快速的计算出飞行器运行处的扰动引力,对飞行器轨迹和姿态等方面的调节具有重要的作用。利用模拟数据,本文基于广域多项式逼近方法来快速逼近扰动引力,该法在单元边界点上满足插值条件,而又利用插值单元周围节点信息,实现拟合过程。试验表明,这一方法在高度方向的步长为30km的条件下可达到1mgal的计算精度。     

点质量模型计算弹道扰动引力的快速替代算法

利用点质量模型计算弹道扰动引力可以使扰动引力的计算模式具有较为简单的结构,但它本身也存在计算复杂、计算量大的缺点,很难适应实时快速计算的需要。通过分析各频段空间扰动引力矢量随高度变化的特性,从数值逼近理论的角度出发,提出了利用多项式分段拟合的方法替代点质量模型计算空间弹道扰动引力矢量。计算结果表明,所建立的拟合函数模型结构形式简单、计算速度快,单点平均计算速度提升2个数量级,能够满足弹道扰动引力实时、快速计算的需要。     

点质量模型计算弹道扰动引力的快速替代算法

利用点质量模型计算弹道扰动引力可以使扰动引力的计算模式具有较为简单的结构,但它本身也存在计算复杂、计算量大的缺点,很难适应实时快速计算的需要.通过分析各频段空间扰动引力矢量随高度变化的特性,从数值逼近理论的角度出发,提出了利用多项式分段拟合的方法替代点质量模型计算空间弹道扰动引力矢量.计算结果表明,所建立的拟合函数模型结构形式简单、计算速度快,单点平均计算速度提升2个数量级,能够满足弹道扰动引力实时、快速计算的需要.     

卫星重力梯度数据解算位系数的最小二乘配置法

卫星重力梯度测量在恢复地球重力场的研究中已经得到了广泛应用。本文通过空间扰动位协方差函数特性,得出卫星重力梯度数据与引力位系数的相关协方差函数。利用最小二乘配置法,最终推导出由重力梯度数据直接解算引力位系数的函数表达式,并简要分析其实用性。     

重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设

重点围绕远程飞行器飞行轨道控制保障需求,开展了空中扰动引力计算和地面重力异常测量精度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证。首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式,定量估计了地球重力场对远程飞行器飞行轨迹的影响,并以一定量值的落点偏差为限定指标,研究论证了空中扰动引力的计算精度要求。在此基础上,通过对地面重力异常截断误差及数据传播误差的估计和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率和计算精度指标。以此为依据,提出了相对应的海洋重力测量测线布设方案,并通过数值计算验证了所提方案的合理性和有效性。