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.     

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.     

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。     

扰动引力多核快速并行算法

远程飞行器和弹道导弹的精确控制与导航会受到地球外部扰动引力场的影响,实践中常利用地球重力场位系数模型计算扰动引力矢量,但其计算效率随着所用模型阶次的升高而显著降低。针对这一问题,文中提出利用OpenMP并行算法快速计算轨迹点扰动引力矢量,在不损失精度的前提下有效提高了计算效率。通过数值实验可知,所提方法可以提高扰动引力矢量的计算效率,加速比达到6倍。这也为重力场元快速计算提供了参考方案。     

外空扰动重力计算中的截断误差

给出了由地面重力数据计算外空扰动重力矢量的公式,并根据Wong and Gore截断理论给出了外区重力异常对计算点影响的公式.根据外空扰动重力与地面数据分辨率及其覆盖范围之间的关系,将重力异常分成不同频段、不同分辨率,分别计算了截断误差.利用全球重力位模型,计算出不同频段的截断误差,并给出了各频段相应的积分半径.对于模拟和检验航空矢量重力数据有一定的参考价值.     

外空扰动重力计算中的截断误差

给出了由地面重力数据计算外空扰动重力矢量的公式，并根据Wong and Gore截断理论给出了外区重力异常对计算点影响的公式。根据外空扰动重力与地面数据分辨率及其覆盖范围之间的关系，将重力异常分成不同频段、不同分辨率，分别计算了截断误差。利用全球重力位模型，计算出不同频段的截断误差，并给出了各频段相应的积分半径。对于模拟和检验航空矢量重力数据有一定的参考价值。     

西秦岭地区垂直形变的分析研究

本文在详细阐述多面函数模型原理的基础上,以西秦岭地区近40年的精密水准数据计算得到的垂直速率作为研究对象,对该模型在地壳形变拟合中的应用进行了深入研究。通过多种核函数建模的比较分析,认为正双曲面模型能够得到最优的拟合效果;通过与二次多项式拟合模型的比较分析,发现多面函数拟合结果能够较好地反映地壳形变的趋势,但速率异常点的选取会对其拟合结果产生影响。     

点质量埋藏深度的最佳设计

点质量埋藏深度的确定是困扰点质量模型实际应用多年的主要障碍之一。本文针对虚拟扰动质点系对外部空间扰动场的恢复，采用欧氏模意义下的最佳平方逼近，成功地确定了点质量的最佳埋藏深度。同时，讨论了利用局部区域点质量计算扰动引力时其埋藏深度的特殊性。     

扰动引力对洲际弹道导弹被动段的影响分析

计算了发射点位于全国范围内、经度纬度各相差5°、均匀分布的40个点的洲际弹道导弹被动段的扰动引力,分析了扰动引力对导弹落点的影响;绘制了落点偏差等值线图。结果表明:发射点位于我国西部地区时,扰动引力引起导弹被动段的落点偏差最大。通过分析扰动引力系统误差和随机误差对导弹被动段落点的影响,得出了扰动引力误差对导弹被动段落点的影响量级。     

重力三层点质量模型的构造与分析

点质量模型理论是研究区域重力场的一个非常重要的方法,本文简要介绍了点质量模型逼近区域重力场的原理,计算分析了构造点质量模型过程中系数矩阵元素的特性。以32~34N和103~105E为计算中心区域,利用EGM2008的720阶次的位系数计算出的重力异常作为观测数据,在36阶次位系数模型的基础上,构造了四层点质量组分频段从低到高来逼近该区域重力场。数值试验的结果表明：三层点质量模型效果较好,点质量模型计算的扰动重力在径向上的截断误差优于2 .     

融合海域多源重力数据的正则化点质量方法

针对传统点质量方法在融合处理多源重力数据过程中可能出现的病态性问题,特别引入Tikhonov正则化方法,对点质量法计算模型进行正则化改造,建立了相应的正则化点质量解算模型。使用EGM2008位模型模拟产生航空重力和海面船测重力数据进行了融合处理仿真试验。实际验证结果表明,正则化处理方法能够有效抑制病态系数矩阵小奇异值放大噪声对点质量解的污染,提高解算结果的精度和稳定性。     

附加空间约束的径向点质量模型方法反演区域地表质量变化

径向点质量模型反演方法本质上是空间扰动重力的向下延拓,属于病态问题,通常采用正则化方法求解。针对该问题,对径向点质量模型方法进行改进,提出附加空间约束的径向点质量模型方法,引入符合实际的空间约束条件,建立空间约束条件的虚拟观测方程,并采用赫尔默特方差分量估计确定原始观测方程和虚拟观测方程的合理权比,使反演结果更加稳定。以南美大陆区域为研究区域进行陆地水储量变化反演,试验结果表明：增加空间约束后,法方程组条件数明显减小、病态程度降低,反演结果与球谐系数法反演结果、GLDAS模型结果整体相一致,验证了方法的正确性,说明该方法可有效应用于区域地表质量变化反演,为利用卫星重力监测地表质量变化提供了一种新途径。     

采用点质量模型方法反演中国大陆及周边地区陆地水储量变化

研究了反演区域陆地水储量变化的点质量模型方法,采用Tikhonov正则化方法解决了反演过程中参数估计病态问题。利用GRACE（gravity recovery and climate experiment）时变重力场模型数据,用点质量模型方法反演了中国大陆及其周边地区陆地水储量变化,将点质量模型反演结果与球谐系数法反演结果、GLDAS（global land data assimilation）水文模型数据进行了验证分析,并选取了4个特征点计算了陆地水储量变化时间序列。实验结果表明,由于点质量模型方法将研究区域内不同网格质量变化对地球重力场的影响分离开来,所得区域陆地水储量变化局部信号更明显,并且点质量模型方法反演结果与GLDAS水文模型数据相关性更强。     

国产零长弹簧原理动态重力仪首次飞行试验及精度评估

CHZ-Ⅱ重力仪是首套完全国产零长弹簧原理航空重力仪,2018年4月在陕西渭南地区进行了首次飞行试验,共完成4个架次24条测线的有效飞行,标志着我国航空重力仪在自主研发的道路上又取得了长足的进步.利用飞行地区地面重力数据对CHZ-Ⅱ重力仪的测线扰动重力和格网扰动重力数据进行精度评估,其中空中测线在10 km分辨率条件下...     

Moho面扰动重力梯度信息的提取

在运用重力和重力梯度资料反演Moho面时,关键步骤之一即是从原始测量信号精确提取只包含该层面单一密度信息的扰动(异常)值。本文主要工作有:1为减小GEMMA Moho团队的点质量模型计算误差而采用正演精度更高的空间域Tesseroid单元体和频谱域球谐分析与综合方法,并对这两种方法进行了结果对比;2如何合理利用地壳先验模型资料。本文中最后提供了基于GOCO03S模型可以用于后续Moho面反演的重力梯度主对角线分量的全球扰动值,并对所有试验数据进行了讨论和分析。     

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。     

基于移去--恢复技术的区域大地水准面拟合方法研究

在介绍移去恢复法基本原理的基础上通过对移去项分两种不同情况进行计算,然后对移去后剩余部分分别用多面函数法和四次多项式法进行拟合内插,恢复移去项后得出拟合后的区域大地水准面。经比较分析知,四次多项式在结合重力模型和GPS水准拟合大地水准面中精度较高,且改进的移去项有助于提高拟合精度。