极地空白对GOCE引力场恢复的影响

结合引力梯度不变量算法,采用球谐分析方法讨论极区空白对引力场恢复的影响。首先推导空白区对位系数恢复的影响公式,然后通过模拟计算分析空白区的影响量级和特点。结果表明,由于正交性遭到破坏,各阶之间会相互影响,特别是对低次的影响比较显著;采用"移去恢复法"可削弱极地空白带来的精度损失,但不同的先验模型会使得最终的解有差异;但在远离两极的区域,大地水准面的精度主要受观测值的精度所控制。     

GOCE卫星重力梯度校准与无阻尼控制效果分析

GOCE卫星是首颗搭载高精度梯度仪,通过加速度计差分测量确定地球重力场的现代重力卫星。该卫星设计为无阻尼飞行状态（沿轨方向）,加速度计并未安置在卫星质心,这些特点使得GOCE与标准的卫星跟踪卫星重力测量模式有着显著的区别。本文首先指出GOCE任务中普通模式加速度校准存在不严密性问题,并提出了分别校准6个加速度计,分离偏差参数的方案。利用GOCE任务期内的几何法精密轨道,采用动力法完成校准,并分析了无阻尼控制的效果,发现：①虽然GOCE所在轨道高度的中性大气密度较GRACE高两到三个量级,但GOCE卫星在沿轨方向的残余非保守力比GRACE卫星的对应分量小一个量级,充分显示了无阻尼控制系统的补偿效果;②通过精密轨道内插的轨道速度与动力法轨道速度的比较可以得出,卫星无阻尼控制系统对GOCE卫星速度的显著影响;③计算了GOCE卫星所受的非保守力。获得了GOCE任务期间的加速度计校准参数,并讨论了利用其辅助重力梯度仪数据预处理的可能方法。     

GOCE卫星引力梯度数据滤波方法研究

针对GOCE卫星引力梯度观测值中低精度分量和低频有色噪声的处理策略问题,该文采用模型模拟值代替低精度分量Vxy和Vyz,以减弱低精度分量在坐标系转换中对高精度分量的影响。深入分析比较了多种滤波方法处理GOCE卫星引力梯度观测值中有色噪声的效果,提出采用Butterworth零相移滤波方法加移去-恢复技术的思路,实测数据的处理效果验证了该方法的有效性。     

引力场梯度张量的非奇异公式推导

传统的引力场梯度计算公式在两极附近存在奇异性,需要换用其他的非奇异计算公式。从奇异性产生的原因入手,并结合勒让德函数的有关性质,推导了一组新的计算公式。实际计算验证了该公式的正确性和有效性。     

由GOCE引力梯度张量不变量确定卫星重力模型的半解析法

提出了利用半解析方法解算重力场与稳态海洋环流探测器(gravity field and steady-state ocean circulation explorer,GOCE)引力梯度张量不变量观测值来恢复全球卫星重力模型的方法,该方法比最小二乘方法效率高,同样可给出模型的验后方差。推导了半解析法快速解算引力梯度张量不变量的理论公式,给出了该方法利用卫星重力梯度观测数据快速求解重力场模型的基本步骤。利用89.5°倾角圆形严格重复轨道上的模拟梯度观测值验证了半解析方法用于张量不变量解算的理论严密性,并利用GOCE任务61 d 梯度仪坐标系(gradiometer reference frame,GRF)下无噪声和有噪声的I₂和V_zz模拟观测值进行了模型反演和结果分析。结果表明,利用I₂观测值求解模型的精度略优于仅用V_zz分量解算模型的精度。     

基于空域最小二乘法求解GOCE卫星重力场的模拟研究

本文论述了最小二乘过程中有色噪声的处理方法,提出使用AR模型对GOCE梯度观测值中的有色噪声进行时域滤波,数值模拟结果验证了该方法的有效性。利用数值模拟验证了直接求逆方法和PCCG法求解大型法方程的有效性,后者的效率远远高于前者。联合加入噪声（有色噪声和白噪声）的卫星重力梯度张量径向分量观测值Vzz和SST观测值,分别使用空域最小二乘法和SA方法恢复了180阶全球重力场模型,前者求解重力场模型的大地水准面和重力异常在180阶次的精度分别为3.01cm和0.75mGal,优于SA方法求解模型的精度。     

GOCE卫星重力梯度观测值的时变重力场变化改正及影响分析

GOCE卫星重力梯度观测值为高阶静态重力场反演提供了重要的数据支撑,但其在使用前需考虑扣除时变重力场变化的影响.本文研究了GOCE卫星重力梯度观测值的时变重力场变化改正方法,更新了ESA标准和背景模型,以更好地扣除时变重力场变化的影响,自主实现了由GOCE卫星Level1b重力梯度数据直接进行重力场反演.本文通过3种时...     

GRACE和GOCE卫星重力场模型的谱组合研究

首先,介绍了基于不同卫星重力场模型的位系数误差方差谱组合、误差阶方差谱组合模型的算法;其次,根据位系数误差方差定权和位系数误差阶方差定权两种谱组合方法编写计算程序;最后,采用GRACE和GOCE模型进行谱组合计算,并对谱组合计算模型进行内、外符合精度分析与验证,谱组合得到的重力场模型精度和可靠性优于单一重力场模型,验证了谱组合方法的有效性.     

联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

论述了联合卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的方法及数据处理方案,研究了GOCE重力场反演中有色噪声的AR去相关滤波、病态法方程的Kaula正则化和观测值最优加权的方差分量估计等关键问题。模拟结果表明:①极空白问题会降低法方程求解的稳定性,导致低次位系数的求解精度较低,而Kaula正则化可有效用于GOCE病态法方程的求解,并得到合理稳定的解;②重力梯度有色噪声会降低GOCE重力场求解的整体精度,特别是对低阶位系数的影响最为明显,而AR去相关滤波法可有效处理有色噪声,但解算结果仍含有低频误差;③方差分量估计可有效确定SST和SGG两类观测值的最优权比,并且有色噪声造成的低频误差经过联合求解后得到了抑制;④利用30d、5s采样的GOCE模拟数据恢复200阶次的重力场模型,其大地水准面和重力异常精度在纬度±83°范围内分别为±3.81cm和±1.056mGal。     

卫星重力梯度边值问题的点质量调和分析

研究并建立由全球重力梯度复组合分量及全张量解算全球点质量模型的基本方程,进一步推导得到基于卫星重力梯度的单定边值问题和超定边值问题的点质量调和分析解.通过采用分块循环矩阵分解大型线性方程组的方法,实现点质量调和分析解的稳定解算.最后运用EGM2008模型进行模拟数值计算,验证卫星重力梯度边值问题的点质量调和分析法的有效...     

利用GOCE卫星轨道数据恢复地球重力场模型方法的分析

欧空局早期公布的时域法和空域法解算的GOCE模型均采用能量守恒法处理轨道数据, 但恢复的长波重力场信号精度较低, 而且GOCE卫星在两极存在数据空白, 利用其观测数据恢复重力场模型是一个不适定问题, 导致解算的模型带谐项精度较低, 需进行正则化处理。本文分析了基于轨道数据恢复重力场模型的方法用于处理GOCE数据的精度, 对最优正则化方法和参数的选择进行研究。利用GOCE卫星2009-11-01—2010-01-31共92 d的精密轨道数据, 采用不依赖先验信息的能量守恒法、短弧积分法和平均加速度法恢复GOCE重力场模型, 利用Tikhonov正则化技术处理病态问题。结果表明, 平均加速度法恢复模型的精度最高, 能量守恒法的精度最低, 短弧积分法的精度稍差于平均加速度法。未来联合处理轨道和梯度数据时, 建议采用平均加速度法或短弧积分法处理轨道数据, 并且轨道数据可有效恢复120阶次左右的模型。Kaula正则化和SOT处理GOCE病态问题的效果最好, 并且两者对应的最优正则化参数基本一致, 但利用正则化技术不能完全抑制极空白问题的影响, 需要联合GRACE等其他数据才能获得理想的结果。     

基于卫星跟踪卫星数据恢复地球重力场的研究

卫星跟踪卫星技术可以快速获取全球地球重力场中长波信息,不仅可以获取重力场静态信息,而且可以获取重力场的时变信息,已成为地球物理、大地测量、海洋、水文等学科研究、甚至减灾防灾等方面的一种高技术手段。本文研究基于卫星数据恢复地球重力场的理论和方法,重点在于求解地球重力场模型同时改善卫星初始轨道参数方法的研究。1.在阅读大量文献的基础上,给出了论文研究必需的基础理论知识,讨论恢复地球重力场的常用几种方法的基本原理,分析它们的优缺点,指出三种定轨方式的联系与区别。2.详细研究卫星跟踪卫星各种观测值的误差源,讨论削弱…     

GOCE卫星重力梯度数据反演重力场的滤波器设计与比较分析

地球重力场和海洋环流探测（gravity field and steady-state ocean circulation explorer,GOCE）卫星重力梯度数据有色噪声和低频系统误差的滤波处理是反演高精度地球重力场的一个关键问题。针对GOCE卫星重力梯度数据的滤波处理,基于移动平均（moving average,MA）方法和CPR(circle per revolution)经验参数方法设计了两类低频系统误差滤波器,并分别将这两类滤波器与基于自回归移动平均（auto-regressive and moving average,ARMA）模型设计的有色噪声滤波器组合起来形成级联滤波器。为了分析滤波器处理的实际效果,基于空域最小二乘法采用70 d的GOCE观测数据,并联合重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment,GRACE）数据分别反演了224阶次的重力场模型GOGR-MA(MA+ARMA级联滤波)和GOGR-CPR(CPR+ARMA级联滤波)。将反演模型与采用同期数据求解的第一代GOCE系列模型及GOCE和GRACE联合模...     

利用GRACE轨道和加速度数据恢复地球重力场

本文基于高低卫卫跟踪的模式，用积分方法研究了不同重力场模型对于轨道的影响，并用3个月的GRACE轨道数据计算了新的60阶地球重力场模型，为了分析其精度，与EGM96和EIGENIS作了比较．结果表明新模型在40阶前更接近GGM02C模型。     

利用LP多普勒数据解算月球重力场模型的分析

利用GSFC/NASA提供的GEODYNII/SOLVE软件处理月球探测器LP(Lunar Prospector)扩展任务阶段最后3个月的测速和测距跟踪数据,解算月球重力场模型,比较分析全部位系数解算和部分中高阶次位系数解算2种方法,并对2种方法解算得到的模型进行阶方差分析.同时通过轨道残差、重复轨道误差以及模型大地水准面等几个方面对基于部分中高阶次住系数解算的有效性和得到的模型进行精度评估.结果表明基于部分中高阶次位系数解算的方法进行恢复月球重力场是可行的.该方法将用于"嫦娥工程"中月球重力场的解析.     

基于能量守恒方法恢复CHAMP重力场模型

介绍了基于能量守恒定律恢复地球重力场模型的基本原理和算法.指出了CHAMP加速度计数据存在的问题,提出了整体求解尺度因子、偏差参数和偏差漂移的数学模型及差分算法.利用2002年1月的CHAMP快速科学轨道数据和加速度计数据计算出了50 × 50地球重力场模型XISM02.将该模型与EGM96,GRIM5C1,EIGEN1S,EIGEN2模型进行了比较,并用北极实测重力数据对上述模型进行了检验.结果表明:XISM02模型在北极地区精度与EIGEN1S,EIGEN2相当.     

GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理

GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)计划的主要科学目标是以70 km空间分辨率1、mGal重力异常和1~2 cm大地水准面的精度测定全球静态地球重力场,卫星重力梯度测量数据的预处理是实现这一预期科学目标的重要任务之一。讨论了重力梯度测量数据的预处理方案、时变重力场信号改正、粗差探测和外部校准方法,为进一步开展GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究提供参考和具体建议。     

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据推求地球重力场模型

本文紧密结合当前卫星重力测量技术发展需求,围绕利用CHAMP轨道和加速度计数据恢复地球重力场展开研究,重点在CHAMP数据预处理、重力场恢复、正则化算法等方面进行了理论和实践上的系统研究,建立了一套完整的CHAMP重力场恢复理论和算法.论文的主要创新点有: