利用卫星重力梯度恢复局部地球重力场的研究进展

简述了SGG数据恢复局部重力场的理论本质以及卫星重力梯度边值问题;详细介绍了当前国内外利用SGG进行局部重力场求解的研究进展,并将已有的求解方法总结归纳为三类：模型法、计算法和组合法,同时对各种方法的概念和研究现状作了详细介绍;最后总结了SGG数据求解局部重力场的发展前景和思考建议。     

利用GOCE重力场模型确定全球稳态海面地形及表层地转流

稳态海面地形(MDT)是大地测量学家和海洋学家共同关心的一个重要物理量。该文基于WHU2009全球平均海面高模型和GO_CONS_GCF_2_TIM_R3纯GOCE重力场模型,采用几何法经高斯滤波处理后确定了全球稳态海面地形,与CLS09及DTU10M DTs相比,其差值均方根RMS均小于8 cm,表明该文结果具有较高的精度;根据地转流方程计算了相应的表层地转流,与GRACE重力场模型GGM03S结果相比,GOCE重力场模型所确定的表层地转流在墨西哥湾流、黑潮及厄加勒斯海流等海域均体现了更强的流速和更多的细部特征,验证了GOCE在洋流探测中的优势。     

GOCE卫星重力探测任务

通过分析利用卫星观测技术恢复地球重力场的现状与不足,论述了实施GOCE任务———地球重力场和稳态海洋环流实验的必要性;并阐述了GOCE任务的发展历史及现状、基本特点、组成部分、重力梯度测量原理、数据处理过程、误差特性,以及该任务在固体地球物理学、大地测量学、海洋学、冰河学等地球物理相关科学领域中的应用。     

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。     

GOCE gradiometer: estimation of biases and scale factors of all six individual accelerometers by precise orbit determination

A method has been implemented and tested for estimating bias and scale factor parameters for all six individual accelerometers that will fly on-board of GOCE and together form the so-called gradiometer. The method is based on inclusion of the individual accelerometer observations in precise orbit determinations, opposed to the baseline method where so-called common-mode accelerometer observations are used. The method was tested using simulated data from a detailed GOCE system simulator. It was found that the observations taken by individual accelerometers need to be corrected for (1) local satellite gravity gradient (SGG), and (2) rotational terms caused by centrifugal and angular accelerations, due to the fact that they are not located in the satellite’s center of mass. For these corrections, use is made of a reference gravity field model. In addition, the rotational terms are derived from on-board star tracker observations. With a perfect a priori gravity field model and with the estimation of not only accelerometer biases but also accelerometer drifts, scale factors can be determined with an accuracy and stability better than 0.01 for two of the three axes of each accelerometer, the exception being the axis pointing along the long axis of the satellite (more or less coinciding with the flight direction) for which the scale factor estimates are unreliable. This axis coincides with the axis of drag-free control, which results in a small variance of the signal to be calibrated and thus an inaccurate determination of its scale factor in the presence of relatively large (colored) accelerometer observation errors. In the presence of gravity field model errors, it was found that still an accuracy and stability of about 0.015 can be obtained for the accelerometer scale factors by simultaneously estimating empirical accelerations.     

大地重力学的新进展

介绍了当前利用卫星探测地球重力场的技术及其实践,也就是目前采用的高轨卫星追踪低轨卫星技术(hl-SST)、低轨卫星追踪低轨卫星技术(ll-SST)、卫星重力梯度测定技术(SSG),及其相应的正在运行的CHAMP、GRACE、GOCE卫星和考虑发射的GRACEFollow-On卫星。运行的三颗卫星所提供的地球重力场信息不论在精度和分辨率方面都是大地重力学的一个重大进展。介绍了地形数据在构建地球重力场模型中的作用和美国SRTM对全球地形数据的测量。最后介绍了EGM2008与我国已有大陆重力值的比较,平均差值约为11mgal,与我国大陆现有的高程异常值的比较,平均差值为27cm左右。     

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。     

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GOCE重力场模型的精度评估

从累积大地水准面误差、几何水准面与重力水准面之差、不同频段重力场模型的组合3个方面,评估了欧空局发布的时域法、空域法、直接法3个模型的精度。频谱分析和北美实测GPS/水准结果表明,第4代直接法模型精度达到“空间分辨率100 km情况下,大地水准面精度±1 cm”的设计要求|直接法模型精度高于时域法模型和空域法模型|GOCE数据能有效地提高重力场中频、甚至高频信号的精度。     

Tikhonov正则化方法在GOCE重力场求解中的模拟研究

本文在阐述Tikhonov正则化方法基本原理的基础上,给出了四类可用于重力场解算的正则化矩阵(零次、一次、二次和Kaula),以及用于确定正则化参数的L曲线法和GCV方法的数学模型。基于SA方法利用模拟数据分析讨论了零次、一次以及Kaula正则化矩阵应用于GOCE全球重力场模型确定的有效性,并由Kaula正则化矩阵分析了L曲线法和GCV方法确定正则化参数的可行性。数值结果表明三类正则化矩阵获得的最优解(以大地水准面MSE最小为准则确定)的精度水平相近,关键在于相应正则化参数的确定,数值结果同时说明了GCV方法和L曲线法可用于确定正则化参数,且前者较后者具有更好的稳定性。