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1.
利用GOCE模拟观测反演重力场的Torus法 总被引：1，自引：1，他引：0
在介绍Torus方法反演地球重力场模型的基本原理和方法的基础上,基于圆环面上均匀分布的卫星引力梯度模拟观测值解算了200阶次的地球重力场模型,在无误差情况下,Torus方法解算模型的阶误差RMS小于10-16,验证了该方法的严密性。利用61dGOCE卫星轨道上无误差的模拟引力梯度观测值解算了200阶次的地球重力场模型,分析了格网化误差、极空白对解算精度的影响,迭代3次后,在不考虑低次系数情况下,模型的大地水准面阶误差和累积误差均较小,最大值仅为0.022mm和0.099mm。在沿轨卫星引力梯度模拟数据中加入5mE/Hz1/2的白噪声,基于Torus方法和空域最小二乘法解算了200阶次的地球重力场模型,Torus方法的精度略低于空域最小二乘法的精度,在不考虑低次项的情况下,两种方法解算模型的大地水准面阶误差最大值分别为1.58cm和1.45cm,累积误差最大值分别为6.37cm和5.55cm。但由于采用了二维快速傅里叶技术和块对角最小二乘法,极大地提高了计算效率。本文数值结果说明Torus方法是一种独立有效的方法,可用于GOCE任务海量卫星引力梯度观测值反演重力场的快速解算。 相似文献
2.
基于Fortran语言编写了一套恢复重力场模型的软件系统实现GOCE卫星。基于傅里叶展开式设计了一种重力梯度的滤波方法。分别对GOCE PKI轨道数据和引力梯度数据进行了反演计算,恢复了几个重力场模型。结果显示,GOCE轨道的反演能力约在120阶次以内;两极空白对梯度数据反演计算的影响大于轨道数据。联合2009-11-02~2010-01-10共70d的GOCE轨道数据和重力梯度数据恢复了一个200阶次的地球重力场模型SWJTU2013GO,通过内外符合精度评定,判定了该模型的整体精度略低于ICGEM公布的同类型模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3。 相似文献
3.
利用GOCE卫星轨道反演地球重力场模型 总被引：1，自引：1，他引：0
根据积分方程法反演地球重力场的数学模型,利用GOCE卫星2009-11-02～2010-01-02共61d的精密轨道数据反演了几组地球重力场模型。结果表明,GOCE卫星轨道能有效提取地球重力场的长波信息,弥补了GOCE卫星重力梯度带宽的限制,在106阶次的大地水准面误差为±9.6cm,该阶次精度优于EIGEN-CHAMP03S及GRACE卫星两个月轨道反演地球重力场的精度,但由于两极空白,反演的带谐位系数精度偏低。联合GOCE及GRACE卫星轨道反演的模型在106阶次的大地水准面误差为±6.9cm,弥补了GOCE卫星轨道的缺陷。 相似文献
4.
联合地球重力场和海洋环流探测器（Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer,GOCE）和重力恢复与气候实验（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）卫星观测数据确定全球静态重力场模型是当前大地测量学的研究热点之一。联合近3 a的GOCE卫星梯度数据和7 a左右的GRACE星间距离变率数据计算的ITG-GRACE2010S模型的法方程恢复了210阶次的重力场模型SWJTU-GOGR01S。采用带通数字滤波方法处理GOCE卫星的4个高精度梯度观测分量,利用梯度数据恢复重力场模型的观测方程直接建立在梯度仪坐标系中,可以避免坐标转换过程中高精度的梯度观测分量受低精度分量的影响;联合法方程解的最优权采用方差分量估计迭代计算,GOCE数据的两极空白引起的病态问题采用Kaula正则化方法进行约束。基于EIGEN-6C2模型和北美地区的GPS水准网观测数据,对SWJTU-GOGR01S模型进行内外符合精度分析,结果表明,SWJTU-GOGR01S模型在210阶次的大地水准面误差和累计误差分别为1.3 cm和5.7 cm,精度与欧洲空间局公布的第四代时域法模型相当,略优于GOCO02S和GOCO03S模型的精度。 相似文献
5.
GOCE采用的高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度测量技术在恢复重力场方面各有所长并互为补充,如何有效利用这两类观测数据最优确定地球重力场是GOCE重力场反演的关键问题。本文研究了联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的最小二乘谱组合法,基于球谐分析方法推导并建立了卫星轨道面扰动位T和径向重力梯度Tzz、以及扰动位T和重力梯度分量组合{Tzz-Txx-Tyy}的谱组合计算模型与误差估计公式。数值模拟结果表明,谱组合计算模型可以有效顾及各类数据的精度和频谱特性进行最优联合求解。采用61天GOCE实测数据反演的两个180阶次地球重力场模型WHU_GOCE_SC01S（扰动位和径向重力梯度数据求解）和WHU_GOCE_SC02S（扰动位和重力梯度分量组合数据求解）,结果显示后者精度优于前者,并且它们的整体精度优于GOCE时域解,而与GOCE空域解的精度接近,验证了谱组合法的可行性与有效性。 相似文献
6.
《测绘学报》2015,(2)
欧空局早期公布的时域法和空域法解算的GOCE模型均采用能量守恒法处理轨道数据,但恢复的长波重力场信号精度较低,而且GOCE卫星在两极存在数据空白,利用其观测数据恢复重力场模型是一个不适定问题,导致解算的模型带谐项精度较低,需进行正则化处理。本文分析了基于轨道数据恢复重力场模型的方法用于处理GOCE数据的精度,对最优正则化方法和参数的选择进行了研究。利用GOCE卫星2009-11-01—2010-01-31共92d的精密轨道数据,采用不依赖先验信息的能量守恒法、短弧积分法和平均加速度法恢复GOCE重力场模型,利用Tikhonov正则化技术处理病态问题。结果表明,平均加速度法恢复模型的精度最高,能量守恒法的精度最低,短弧积分法的精度稍差于平均加速度法。未来联合处理轨道和梯度数据时,建议采用平均加速度法或短弧积分法处理轨道数据,并且轨道数据可有效恢复120阶次左右的模型。Kaula正则化和SOT处理GOCE病态问题的效果最好,并且两者对应的最优正则化参数基本一致,但利用正则化技术不能完全抑制极空白问题的影响,需要联合GRACE等其他数据才能获得理想的结果。 相似文献
7.
欧空局早期公布的时域法和空域法解算的GOCE模型均采用能量守恒法处理轨道数据, 但恢复的长波重力场信号精度较低, 而且GOCE卫星在两极存在数据空白, 利用其观测数据恢复重力场模型是一个不适定问题, 导致解算的模型带谐项精度较低, 需进行正则化处理。本文分析了基于轨道数据恢复重力场模型的方法用于处理GOCE数据的精度, 对最优正则化方法和参数的选择进行研究。利用GOCE卫星2009-11-01—2010-01-31共92 d的精密轨道数据, 采用不依赖先验信息的能量守恒法、短弧积分法和平均加速度法恢复GOCE重力场模型, 利用Tikhonov正则化技术处理病态问题。结果表明, 平均加速度法恢复模型的精度最高, 能量守恒法的精度最低, 短弧积分法的精度稍差于平均加速度法。未来联合处理轨道和梯度数据时, 建议采用平均加速度法或短弧积分法处理轨道数据, 并且轨道数据可有效恢复120阶次左右的模型。Kaula正则化和SOT处理GOCE病态问题的效果最好, 并且两者对应的最优正则化参数基本一致, 但利用正则化技术不能完全抑制极空白问题的影响, 需要联合GRACE等其他数据才能获得理想的结果。 相似文献
8.
利用轨道扰动引力谱和大地水准面累计误差谱分析的方法估计未来GRACE(gravity recovery and climateexperiment)Follow-On卫星反演地球重力场的空间分辨率。基于GRACE Follow-On卫星的轨道特性,计算其在高空所受到的径向扰动引力,并根据谱特性及星载加速度计的测量噪声水平分析该卫星能反演重力场的阶数。利用EGM96重力场模型分别计算200 km和250 km轨道高度处的扰动引力谱。分析其特性表明:在两个轨道高度处分别能反演281阶和242阶的地球重力场模型。给出大地水准面累计误差谱模型,并计算200 km和250 km轨道高度处大地水准面累计误差谱。分析其谱特性表明:在两个轨道高度处分别能反演至286阶和228阶的地球重力场模型。 相似文献
9.
利用最小二乘直接法反演卫星重力场模型的MPI并行算法 总被引：2，自引：0，他引：2
针对海量卫星重力数据反演高阶次地球重力场模型的密集型计算任务与高内存耗用问题,基于MPI实现了最小二乘直接法恢复高阶次位系数的并行算法。引入并行读写、分块存储与分块计算等方式完成了设计矩阵的构建、法方程的形成与求解等密集型计算任务的并行算法,数值计算结果表明三者的并行相对效率峰值可分别达到95%、68%、63%。利用GOCE轨道跟踪和径向扰动重力梯度数据(共518 400个历元)分别反演了120、240阶次地球重力场模型,计算时间仅为40 min、7 h,内存耗用峰值仅为290 MB、1.57 GB;采用与GOCE同等噪声水平的观测数据恢复的重力场模型精度与GOCE已发布模型的解算精度相一致,联合GRACE和GOCE的解算模型能够实现二者独立信息的频谱互补,表明本文方法可高效稳定地恢复高阶次地球重力场模型。 相似文献
10.
正确定高精度高分辨率地球重力场模型是现代大地测量学的主要科学目标之一,对大地测量学、固体地球物理、海洋学等学科的研究和应用具有重要意义。目前利用GOCE卫星引力梯度数据解算卫星重力场模型的方法有直接法、时域法、空域法、张量不变量方法、Torus方法 相似文献
11.
重力梯度卫星GOCE通过搭载静电式重力梯度仪,将全球静态重力场恢复至200阶以上。目前GOCE卫星已结束寿命,亟须发展下一代更高分辨率的卫星重力梯度测量来完善200~360阶的全球静态重力场模型。原子干涉型的重力梯度测量在空间微重力环境下可获得较长的干涉时间,因此具有很高的星载测量精度,是下一代卫星重力梯度测量的候选技术之一。本文针对未来更高分辨率全球重力场测量的科学需求,提出了一种适用于空间微重力环境下的原子干涉重力梯度测量方案,其梯度测量噪声可低至0.85mE/Hz1/2。文中对不同类型的卫星重力梯度测量方案进行了重力场反演精度的对比评估,仿真结果表明,相比于现有静电式卫星重力梯度测量,原子干涉型的卫星重力梯度测量有望将重力场的恢复阶数提升至252~290阶,对应的累积大地水准面误差7~8cm,累积重力异常误差3×10-5 m/s2。 相似文献
12.
2009年GOCE卫星升空以后,卫星重力梯度数据参与解算的GOCE系列重力场模型已有多家研究机构相继公布。本文分别采用青藏地区的GPS/水准和重力异常实测数据对GOCE重力场模型进行了外部测试,并在重力异常验证过程中引入了一种新的滤波方法,验证结果表明在青藏地区GOCE重力场模型相比其它系列模型的优势在于中波段。同时,探讨了GOCE重力场模型与其他系列模型在青藏地区主要差异值的空间分布以及首次利用统计分析方法找出模型之间主要差异值的阶次分布,得出如下结论：模型之间的较大差异值在空间水平方向上主要分布在喜马拉雅山脉、天山等地形起伏较大的区域,在垂直方向上主要集中在岩石圈。 相似文献
13.
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。 相似文献
14.
Although its use is widespread in several other scientific disciplines, the theory of tensor invariants is only marginally
adopted in gravity field modeling. We aim to close this gap by developing and applying the invariants approach for geopotential
recovery. Gravitational tensor invariants are deduced from products of second-order derivatives of the gravitational potential.
The benefit of the method presented arises from its independence of the gradiometer instrument’s orientation in space. Thus,
we refrain from the classical methods for satellite gravity gradiometry analysis, i.e., in terms of individual gravity gradients,
in favor of the alternative invariants approach. The invariants approach requires a tailored processing strategy. Firstly,
the non-linear functionals with regard to the potential series expansion in spherical harmonics necessitates the linearization
and iterative solution of the resulting least-squares problem. From the computational point of view, efficient linearization
by means of perturbation theory has been adopted. It only requires the computation of reference gravity gradients. Secondly,
the deduced pseudo-observations are composed of all the gravitational tensor elements, all of which require a comparable level
of accuracy. Additionally, implementation of the invariants method for large data sets is a challenging task. We show the
fundamentals of tensor invariants theory adapted to satellite gradiometry. With regard to the GOCE (Gravity field and steady-state
Ocean Circulation Explorer) satellite gradiometry mission, we demonstrate that the iterative parameter estimation process
converges within only two iterations. Additionally, for the GOCE configuration, we show the invariants approach to be insensitive
to the synthesis of unobserved gravity gradients. 相似文献
15.
Adaptive filtering of GOCE-derived gravity gradients of the disturbing potential in the context of the space-wise approach 总被引：1，自引：0，他引：1
Filtering and signal processing techniques have been widely used in the processing of satellite gravity observations to reduce measurement noise and correlation errors. The parameters and types of filters used depend on the statistical and spectral properties of the signal under investigation. Filtering is usually applied in a non-real-time environment. The present work focuses on the implementation of an adaptive filtering technique to process satellite gravity gradiometry data for gravity field modeling. Adaptive filtering algorithms are commonly used in communication systems, noise and echo cancellation, and biomedical applications. Two independent studies have been performed to introduce adaptive signal processing techniques and test the performance of the least mean-squared (LMS) adaptive algorithm for filtering satellite measurements obtained by the gravity field and steady-state ocean circulation explorer (GOCE) mission. In the first study, a Monte Carlo simulation is performed in order to gain insights about the implementation of the LMS algorithm on data with spectral behavior close to that of real GOCE data. In the second study, the LMS algorithm is implemented on real GOCE data. Experiments are also performed to determine suitable filtering parameters. Only the four accurate components of the full GOCE gravity gradient tensor of the disturbing potential are used. The characteristics of the filtered gravity gradients are examined in the time and spectral domain. The obtained filtered GOCE gravity gradients show an agreement of 63–84 mEötvös (depending on the gravity gradient component), in terms of RMS error, when compared to the gravity gradients derived from the EGM2008 geopotential model. Spectral-domain analysis of the filtered gradients shows that the adaptive filters slightly suppress frequencies in the bandwidth of approximately 10–30 mHz. The limitations of the adaptive LMS algorithm are also discussed. The tested filtering algorithm can be connected to and employed in the first computational steps of the space-wise approach, where a time-wise Wiener filter is applied at the first stage of GOCE gravity gradient filtering. The results of this work can be extended to using other adaptive filtering algorithms, such as the recursive least-squares and recursive least-squares lattice filters. 相似文献
16.
Topographic–isostatic masses represent an important source of gravity field information, especially in the high-frequency
band, even if the detailed mass-density distribution inside the topographic masses is unknown. If this information is used
within a remove-restore procedure, then the instability problems in downward continuation of gravity observations from aircraft
or satellite altitudes can be reduced. In this article, integral formulae are derived for determination of gravitational effects
of topographic–isostatic masses on the first- and second-order derivatives of the gravitational potential for three topographic–isostatic
models. The application of these formulas is useful for airborne gravimetry/gradiometry and satellite gravity gradiometry.
The formulas are presented in spherical approximation by separating the 3D integration in an analytical integration in the
radial direction and 2D integration over the mean sphere. Therefore, spherical volume elements can be considered as being
approximated by mass-lines located at the centre of the discretization compartments (the mass of the tesseroid is condensed
mathematically along its vertical axis). The errors of this approximation are investigated for the second-order derivatives
of the topographic–isostatic gravitational potential in the vicinity of the Earth’s surface. The formulas are then applied
to various scenarios of airborne gravimetry/gradiometry and satellite gradiometry. The components of the gravitational vector
at aircraft altitudes of 4 and 10 km have been determined, as well as the gravitational tensor components at a satellite altitude
of 250 km envisaged for the forthcoming GOCE (gravity field and steady-state ocean-circulation explorer) mission. The numerical
computations are based on digital elevation models with a 5-arc-minute resolution for satellite gravity gradiometry and 1-arc-minute
resolution for airborne gravity/gradiometry. 相似文献
17.
国际卫星重力梯度测量计划研究进展 总被引：12，自引：2，他引：10
本文首先阐述了重力梯度测量原理、从20世纪初到21世纪初重力梯度仪的研究历程、卫星重力梯度仪(静电悬浮重力梯度仪、超导重力梯度仪和量子重力梯度仪)的技术特征以及卫星重力梯度测量的特点;其次,介绍了基于卫星重力梯度技术恢复250阶GOCE地球重力场以及论证首先开展一维径向重力梯度仪的研制进而恢复高精度和高空间解析度中高频地球重力场可行性方面的研究进展;最后,建议我国尽早开展基于时空域混合法解算中高频地球重力场和卫星重力梯度测量系统误差分析的预先研究。 相似文献