A new modelling method for evaluating external disturbing potential based on theory of unified representation of gravitational field

For a special use a new modelling method of evaluating external disturbing potential is presented in this paper. Being different from classical methods in physical geodesy this method is grounded upon the theory of unified representation of gravitational field. The models created in this way are particularly satisfactory for a high-speed computation of gravitational field in low altitude because they take account of topographic effects and have their kernel functions with simple structure and weak singularity.     

一种基于统一引力场表示理论的外部扰动场赋值建模方法

提出一种新的外部扰动场赋值的建模方法。该方法将场赋值问题纳入统一引力场表示理论的框架,得到的模式具有结构简单、奇性弱的核,并顾及了地形效应,适合低空引力速算。     

确定地球外部重力场的虚拟压缩恢复法

自申文斌提出引力位虚拟压缩恢复法[1,2 ] 并证明了级数解的一致收敛性[3 ] 之后 ,宁津生和申文斌等又提出了引力场虚拟压缩恢复法[4] 本文在指出了Stokes理论、Molodenskii理论以及Bjerhammar理论所存在的缺陷或不足之后 ,概述了引力位虚拟压缩恢复法 ,用新的观点考察了引力场虚拟压缩恢复法并证明了由此得到的级数解是一致收敛的 ,提出了引力梯度场虚拟压缩恢复法 ,最后给出了确定高程的模型     

引潮力引起的地球引力场时空变化的理论研究

地球重力场的时空结构与分布特性无论在基础理论研究,还是在地理空间信息建设中都具有重要的意义。地球表面上的观测仪器检测到的只是某一个质点的重力变化(拉格朗日变化),但是理论研究却是基于欧拉引力和引力位场方程进行的。本文基于连续介质力学的基本理论,在改正了文献[5]的一处原则性错误之后,推导出了引力和引力位的Lagrange和Euler增量表达式。本文工作对于高精度地球重力场的时空变化的理论研究具有参考价值。     

固体潮对地球重力场时变特征影响的潮波公式

精密和详细测定地球重力场及其随时间变化,是目前卫星重力测量的主要课题.基于目前高精度的固体潮展开,研究固体潮对地球重力场时变特征的影响.不同于IERS2000推荐的固体潮对重力影响的理论模型,独立于天体历书而基于精密引潮力位展开直接给出在毫微伽精度下的潮波公式,并考虑到四阶潮汐的效应.同时对重力数据归算中的永久性潮汐的处理进行总结和说明.本文的工作可为高精度的地球重力场的研究提供理论依据和参考.     

超高阶重力场模型的研究与实现

超高阶重力场模型的提出使大地水准面差距的计算结果越来越精确。本文主要介绍了采用重力场模型计算大地水准面差距的算法,采用标准向前列递推法求解缔合勒让德函数值,增大勒让德函数前三项,避免产生超高阶递推过程的不稳定现象。结果表明:增大勒让德函数前三项能稳定递推至2 700阶,验证了大地水准面差距验证算法、软件的正确性与可行性。     

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。     

计算Legendre函数导数的非奇异方法

引力场关于经度和纬度方向的梯度在两极附近会产生奇异性现象,这将会给诸如重力场和静态洋流探索(GOCE,Gravity field and stesdy-state Oceam Circulation Explorer)数据处理等引力场的研究工作带来诸多不便和困难。这里首先分析了该奇异性产生的原因,即目前采用的球坐标系自身在两极处是奇异的;然后利用Legendre函数的性质推导了一组不含任何奇异性的计算引力场梯度的计算公式;最后与常用的迭代方法进行了实例计算比较,结果表明所导出的公式不仅计算精度大大提高,而且计算用时也不会增加。     

天宫一号高光谱数据的船只检测实验

针对检测目标进行基于引力场的船只目标增强,计算船只目标的纹理、光谱等指标,基于支持向量机(SVM)方法,利用天宫一号高光谱数据,得到空间探测信息与地面实际目标之间存在精确的相互关系,进行船只检测实验研究.结果表明:天宫一号高光谱数据能够有效的从海水背景中提取船只信息,但船只类型仍难以有效识别.图像的自动分割对于船只的检测非常重要.传感器的多光谱与高分辨率相结合是今后研制的一个主要方向.     

Comparative study on two methods for calculating the gravitational potential of a prism

The determination of the gravitational potential of a prism plays an important role in physical geodesy and geophysics. However, there are few literatures that provide accurate approaches for determining the gravitational potential of a prism. Discrete element method can be used to determine the gravitational potential of a prism, and can approximate the true gravitational potential values with sufficient accuracy (the smaller each element is, the more accurate the result is). Although Nagy’s approach provided a closed expression, one does not know whether it is valid, due to the fact that this approach has not been confirmed in literatures. In this paper, a study on the comparison of Nagy’s approach with discrete element method is presented. The results show that Nagy’s formulas for determining the gravitational potential of a prism are valid in the domain both inside and outside the prism.     

高低跟踪方式卫星重力观测的状态空间描述

当前的重力卫星任务除了本身特有的观测方式外，都采用了高低卫卫跟踪的观测方式。为研究高低卫卫跟踪观测系统的时变行为和获取重力场信息的能力，文中运用描述时变系统的状态空间模型方法，根据附加参数的类型，建立了3种状态空间模型，并对系统的可观测性从解析法的角度进行了分析。结果表明，对于单一的高低卫卫跟踪观测系统，引力系数的可观测性实际上是不成立的，根据一次任务只能建立引力系数的一组约束条件。     

Comparative study on two methods for calculating the gravitational potential of a prism

The determination of the gravitational potential of a prism plays an important role in physical geodesy and geophysics. However, there are few literatures that provide accurate approaches for determining the gravitational potential of a prism. Discrete element method can be used to determine the gravitational potential of a prism, and can approximate the true gravitational potential values with sufficient accuracy (the smaller each element is, the more accurate the result is). Although Nagy’s approach provi...     

基于小波分析的海洋重力异常畸变消除方法研究

为了有效地消除重力异常畸变对海洋重力测量的影响,得到高精度的海洋重力测量值,本文在小波理论分析的基础上,将小波分析应用到消除海洋重力异常畸变中。基于信号的奇异性分析理论和小波软阈值处理方法,提出一种小波联合软阈值处理方法;根据重力异常状态方程,分别采用小波软阈值处理方法和小波联合软阈值处理方法对重力异常畸变数据进行了仿真对比实验,理论分析和仿真实验表明:采用小波软阈值处理方法和小波联合软阈值处理方法并选用通用阈值选择规则都能在一定程度上消除海洋重力异常畸变,但在相同背景条件下,小波联合软阈值处理方法的性能优于小波软阈值处理方法。     

引力位虚拟压缩恢复法

提出了一种将地球表面的引力位虚拟地压缩到地球内部的一个球体表面 ,进而求解在整个地球外部空间 (包括地球边界上 )的重力位场以及重力场的方法     

基于多重小波的海洋重力异常畸变消除方法

分析了信号在多重小波算法下的表现形式,采用软阈值方法对经过多重小波变换后的重力异常信号的高频部分进行阈值处理。根据离散的重力异常状态方程,采用HGM多重小波进行了海洋重力异常数据仿真处理。理论分析和仿真处理表明:采用软阈值处理方法和联合软阈值处理方法以及特征值法阈值选择规则,都能在一定程度上消除海洋重力异常畸变。但在相同背景条件下,联合软阈值处理方法的性能优于软阈值处理方法。     

利用先验重力场模型对GOCE卫星重力梯度观测值进行校准分析

GOCE卫星任务搭载了高灵敏度的重力梯度仪,其观测值用于恢复高精度高分辨率的地球重力场。本文利用EIGEN-5C、EGM2008、GOTIM3、GGM03S高精度全球重力场模型,确定了GOCE引力梯度张量的对角分量观测值(Vxx、Vyy、Vzz)的校准参数,分析了比例因子的稳定性,并讨论了相同模型不同阶次、同阶次不同模型以及是否估计漂移参数对比例因子、偏差参数及校准观测值的影响。研究表明比例因子的稳定性在10-4的量级,利用250阶的EIGEN-5C模型和EGM2008模型校准得到观测值的差异小于10-4 E,远远小于观测误差,以1d为周期估计校准参数时,是否估计漂移对校准结果的影响达到0.4E。同时,校准前后观测值差异的频谱说明校准过程主要影响Vxx、Vyy、Vzz观测值的低频部分,即来自先验重力场模型的中低(150)阶次,考虑到GOCE引力梯度的观测频带,校准后的观测值可用于恢复中高频的重力场信号。     

Wavelet Modeling of Regional and Temporal Variations of the Earth’s Gravitational Potential Observed by GRACE

This work is dedicated to the wavelet modeling of regional and temporal variations of the Earth’s gravitational potential observed by the GRACE (gravity recovery and climate experiment) satellite mission. In the first part, all required mathematical tools and methods involving spherical wavelets are provided. Then, we apply our method to monthly GRACE gravity fields. A strong seasonal signal can be identified which is restricted to areas where large-scale redistributions of continental water mass are expected. This assumption is analyzed and verified by comparing the time-series of regionally obtained wavelet coefficients of the gravitational signal originating from hydrology models and the gravitational potential observed by GRACE. The results are in good agreement with previous studies and illustrate that wavelets are an appropriate tool to investigate regional effects in the Earth’s gravitational field. Electronic Supplementary Material Supplementary material is available for this article at     

位Love数与位移Love数之间的函数关系的注释

固体潮Love数是表示引潮力与地球形变之间关系的参数,在地球科学中有重要应用价值。地球在各种力学机制的作用下产生了形变,形变又导致地球引力位的变化,即形变附加位或Euler引力位增量。Grafarend等基于矢量球函数的基本理论,在地球密度球对称情况下,给出了形变地球的Euler引力位增量的表达式,并利用Love-Shida假设,给出了位和位移Love数之间的函数关系。本文重新研究了Grafarend等(1997)的工作,在指出其推导过程中的一处错误后,修正了位和位移Love数的之间的函数关系。     

SGG重力场球谐系数正则解的误差估计方法

重力梯度为重力位的二阶导数,可以通过星载梯度仪进行观测。重力场球谐函数系数可以通过正则化方法由重力梯度算出。本文在对正则化方法分析的基础上提出了估计球谐函数系数正则解误差的方法,为我国今后发射重力梯度卫星提供技术准备。     

石英振梁式重力传感器测量误差消除方法研究

为了有效地消除石英振梁式重力传感器的测量误差,本文提出根据时间序列分析理论对石英振梁式重力传感器测量误差数据进行建模,根据所建时间序列数学模型来逼近重力传感器测量系统的状态方程,并采用Sage-Husa自适应卡尔曼滤波来消除重力传感器测量误差。理论分析和实验表明:石英振梁式重力传感器的测量误差可以采用AR模型来表征,并且Sage-Husa自适应卡尔曼滤波可有效地消除石英振梁式重力传感器测量误差。