基于时空域混合法利用Kaula正则化精确和快速解算GOCE地球重力场

为了研究卫星重力梯度技术对中高频地球重力场反演精度的影响,本文基于时空域混合法,利用Kaula正则化反演了250阶GOCE地球重力场.模拟结果表明:第一,时空域混合法是精确和快速求解高阶地球重力场的有效方法;第二,Kaula正则化是降低正规阵病态性的重要方法;第三,基于改进的预处理共轭梯度迭代法可快速求解大型线性方程组,计算速度较直接最小二乘法至少提高1000倍;第四,基于卫星轨道误差1 cm和卫星重力梯度误差3×10^(-12)/s^2,在250阶处反演累计大地水准面和重力异常的精度分别为9.295 cm和0.204 mGal.第五,论证了基于国际GRACE和GOCE卫星计划反演高精度和高空间分辨率地球重力场的互补性.

用Kaula线性摄动方法恢复CHAMP重力场模型

介绍了Kau la线性摄动方法的基本原理和算法,基于CHAMP几何法轨道和动力法轨道,给出了利用该方法恢复地球重力场模型的实现过程,分析了Kau la线性摄动方法在实际应用中需要注意的问题。基于德国慕尼黑技术大学提供的一个月的CHAMP几何法轨道和德国GFZ数据中心提供的快速科学轨道,计算出了50×50阶地球重力场模型CHAMP-Kau la1S,并与EIGEN-CG03C、EIGEN-CHAMP03S、EIGEN2、ENIGN1S、EGM96模型进行了比较。结果表明:X ISM-CHAMP1S模型精度明显优于相同阶次EIGEN1S模型,前40阶明显优于EGM96模型,而低于同阶次的EIGEN2和EIGEN-CHAMP03S模型精度。

Kaula线性摄动方法应用于CHAMP重力场恢复的模拟研究

介绍了Kaula线性摄动方法的基本原理和算法，给出了利用该方法进行CHAMP重力场恢复的具体步骤，分析了Kaula线性摄动方法在实际应用中存在的问题。利用CHAMP模拟数据对该方法进行了验证，结果表明：Kaula线性摄动方法能有效地恢复CHAMP重力场模型，但该方法对观测值的要求较高，且计算过于复杂，一般用于恢复50阶次以下的重力场模型。

基于EIGEN6C2模型的Kaula规则精化

高精度重力场模型精化Kaula规则其要点是将Kaula规则乘上一个与位系数阶数项相关的二阶有理函数,并基于EIGEN6C2重力场模型解算有理函数模型的系数。精化后的Kaula规则与EIGEN6C2模型和EGM2008模型的逼近误差都只是原来Kaula规则的0.26%。因此,精化后的Kaula规则更能正确表示各阶引力位的实际能量,对于重力场模型的解算提供更加合理的约束。

Tikhonov正则化方法在GOCE重力场求解中的模拟研究

给出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。

高阶次月球重力场模型截断下的低轨环月卫星轨道受摄分析

研究低轨月球卫星在月球非球形摄动和地球第三体引力摄动作用下轨道高度变化问题。首先依据Kaula准则比较分析目前国际上公认的最精确的两个重力场模型GLGM-2和LP165P,提出了在一定阶次截断重力场模型的问题,然后通过仿真不同阶次重力场模型作用下轨道高度为50km的圆形极轨道环月卫星轨道特征的变化,验证了50km以上高度卫星非球形摄动分析时可以将重力场模型截断至一定阶次的结论,并利用截断至70阶次的重力场模型仿真得到了50km和200km圆轨道卫星无控条件下正常运行的时间。最后在仿真地球引力对200km圆轨道卫星高度影响的基础上仿真其在月球非球形和地球引力摄动作用下轨道要素变化,对低轨环月卫星轨道保持控制提供依据。

月球重力场及低轨环月卫星轨道保持仿真分析

为了在满足精度要求的前提下节省月球重力场模型的计算时间,依据Kaula准则分析了目前国际上公认的最精确的两个重力场模型GLGM-2和LP165P,提出了在一定阶次截断重力场模型的问题。通过仿真不同阶次重力场模型作用下轨道高度为50 km的圆形极轨道环月卫星轨道特征的变化,验证了50 km以上高度卫星非球形摄动分析时可以将重力场模型截断至一定阶次的结论,并利用截断至70阶次的重力场模型仿真分析200 km圆轨道卫星一年内轨道下降程度。最后在仿真结果的基础上得到了200 km高度环月卫星需要每50天进行一次轨道保持控制的结论并完成一次轨道保持控制仿真。研究结论可以为我国低轨环月卫星轨道保持提供参考。

GOCE卫星径向重力梯度一阶、二阶径向偏导数标准差的近似解析公式

基于Kaula准则,推导卫星重力梯度径向分量Tzz一阶、二阶径向偏导数T.zz、Tzz标准差的近似解析表达式,给出GOCE卫星.Tzz、Tzz标准差的近似估计值,由此分析Tzz延拓处理中可忽略的延拓误差最大高度。解析公式表明:T.zz、Tzz标准差的计算公式可近似表示成若干伽玛函数线性组合的开方,GOCE卫星.Tzz、Tzz标准差近似解析估值分别为1.269×10-15s-2m-1和1.109×10-20s-2m-2,由此若得到满足1 mE的精度要求,可忽略的延拓误差最大高度对于T.zz应小于0.8km,而对于Tzz应小于13.4km,延拓中重力场模型阶次应不低于200。最后基于模拟的GOCE卫星轨道,利用严格公式计算出的T.zz、Tzz标准差,验证近似解析表达式估算结果的正确性,解析结果与严格公式计算结果的相对误差小于2%。

利用GOCE卫星观测数据反演地球重力场模型

利用GOCE卫星约6个月的重力梯度数据和约1a的几何轨道数据,联合解算250阶次的地球重力场模型TJGOCE01。GOCE重力梯度数据的低频误差采用ⅡR数字滤波器处理,粗差采用阀值法和移动窗口阀值法组合探测与剔除。直接在梯度仪坐标系中建立GOCE卫星的重力梯度观测方程,采用改进的短弧边值法建立几何轨道观测方程。两类观测值的权根据其先验精度确定,采用Kaula规则约束的正则化方法解算法方程。解算的TJGOCE01模型相对于EIGEN6C2模型在250阶次的大地水准面误差和大地水准面累积误差分别为19.4mm和177.9mm。北美地区GPS水准观测数据的检验结果表明,TJGOCE01模型的中误差为0.544m,略优于欧空局公布的同阶次的第二代时域法和空域法解算的GOCE重力场模型。

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复重力场方法概述

回顾了目前利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据恢复地球重力场模型的各种方法；从观测值、观测方程和解算方法三个方面，对现有各种CHAMP重力场模型恢复方法进行了详细的归纳与分类，并指出了各方法的优缺点。

月球重力场模型质量及可靠性的分析评定

月球重力场模型球谐函数展开式的核心是一组正常化位系数。介绍了当前几种主要月球重力场模型建立所采用的探测器跟踪数据的特点;分析了重力场信号随模型轨道高度、阶次变化的特性。同时以考拉(Kau la)准则为标准比较了各模型位系数的阶方差曲线与考拉曲线的吻合情况。从信噪比的角度出发,提出了对模型进行可靠性分析的方法。通过计算对比各模型的信噪比来反映其空间频谱信号和频谱误差的强度关系,从而对模型质量和可靠性做出分析评定。