GOCE引力梯度的频谱分析及滤波

GOCE卫星提供的梯度数据含有非常大的低频误差,如何处理这种误差是GOCE数据处理中最为关键的工作之一.本文根据GOCE卫星的运行情况,首先分析了梯度数据的频率特性,推导了频率与阶次的对应关系;并在此之上,介绍了针对低频误差的滤波方法,即移去恢复和向前向后滤波方法,前者可解决滤波中的低频信号损失问题,后者则主要解决了滤波中的相位漂移问题.最终结果表明:引力梯度的时间频谱与球谐展开中的阶次虽不是一一对应的,但各阶所对应的最大截止频率与阶次却有一定的显式表达.同时也表明,本文所采用的滤波方法是有效的,达到了消除低频误差但保留观测频段信号的目的.     

卫星测高与卫星重力对洋流的研究

卫星测高与卫星重力的发展为进一步研究洋流提供了前所未有的机遇。本文从EGM 96 ,GGM0 1与未来的GOCE任务获取的高精度高分辨率海洋大地水准面的角度对洋流的研究方法与可行性进行了分析     

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GOCE卫星重力计划及其应用

基于CHAMP和GRACE卫星，GOCE(Gravity Field and Stead—state Ocean Circulation Explore)是欧空局(ESA)的一颗重力场和静态洋流探测卫星。利用它可得到空间分辨率为200—80km的全球重力场模型和1cm精度的大地水准面．简要介绍了目前重力卫星的发展现状与其局限性，详细叙述了GOCE卫星的组成、科学目标、测量原理、在地球物理等学科中的重要应用，并提出GOCE等重力卫星资料在我国的应用设想。     

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。     

扰动重力梯度的非奇异表示

在局部指北坐标系中用地心球坐标来表示扰动重力梯度张量,当计算点趋近于两极时,由于Legendre函数的一阶和二阶导数以及分母上所含余纬的正弦函数,将导致扰动重力梯度张量的计算出现无穷大。因此,本文引入了Legendre函数的一阶和二阶导数以及 无奇异性的计算公式,并且进一步推导了 无奇异性的计算公式。在将Legendre函数的一阶和二阶导数以及 、 无奇异性的计算公式代入到扰动重力梯度张量各分量的求解中时,又充分考虑了m等于0,1,2以及其它量时的复杂情况,建立了扰动重力梯度张量各分量无奇异性的详细计算模型。通过模拟实验表明,本文所建立的详细计算模型不仅能够完全满足当前卫星重力梯度张量计算的精度要求,而且模型稳定、可靠、易于编程实现。     

重力梯度仪的发展及其应用

随着欧空局GOCE项目的进一步深入及相关技术报告的公布,人们对该卫星及其有效载荷有了更多的了解,尤其是倍受关注的核心器件重力梯度仪有了更多认识的机会,本文在跟踪当前欧空局研制中的星载重力梯度仪的测量原理、仪器设计的基础上进行了综合、分析和总结,以期对该领域的研究有更清晰、深入的了解,同时为国内进行该领域研究的机构提供可能的参考.     

Exploring gravity field determination from orbit perturbations of the European Gravity Mission GOCE

 A comparison was made between two methods for gravity field recovery from orbit perturbations that can be derived from global positioning system satellite-to-satellite tracking observations of the future European gravity field mission GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). The first method is based on the analytical linear orbit perturbation theory that leads under certain conditions to a block-diagonal normal matrix for the gravity unknowns, significantly reducing the required computation time. The second method makes use of numerical integration to derive the observation equations, leading to a full set of normal equations requiring powerful computer facilities. Simulations were carried out for gravity field recovery experiments up to spherical harmonic degree and order 80 from 10 days of observation. It was found that the first method leads to large approximation errors as soon as the maximum degree surpasses the first resonance orders and great care has to be taken with modeling resonance orbit perturbations, thereby loosing the block-diagonal structure. The second method proved to be successful, provided a proper division of the data period into orbital arcs that are not too long. Received: 28 April 2000 / Accepted: 6 November 2000     

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。