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卫星重力梯度测量与地球引力场的精度研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文根据地球引力位的球谐函数展开式,利用重力梯度张量各分量导出了位系数模型的精度估计公式.从三方面进行了研究:假定卫星重力梯度仪测量精度,探讨用重力梯度数据确定地球重力场模型的精度;求出位系数模型和大气阻力引起的重力梯度卫星的轨道误差;最后,反求轨道误差和位系数误差对重力梯度测量值的影响.数值计算表明,与地面技术和常规卫星方法相比,卫星梯度测量可使重力场模型的精度至少提高3-5倍;利用重力梯度张量全分量求得的重力值精度比单用径向分量Vrr的结果提高40％以上;若仅顾及位系数模型和大气阻力误差,则轨道误差对梯度测量值的影响△Vi3（i=3,2,1）至少可分别在1/4和1/3弧圈内达到△Vi3≤σ（仪器精度）. 相似文献
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本文在法方程层面融合GOCE卫星的Vxx、Vyy、Vzz和Vxz重力梯度分量观测数据和GRACE卫星观测数据,采用直接法解算了220阶次的重力场模型Tongji-GOGR2019S.首先利用ⅡR带通滤波器在5~41 mHz的重力梯度带宽范围内对约24个月的GOCE重力梯度观测方程进行无相移滤波处理,并组成解算220阶次重力场模型的法方程,各梯度分量根据相对于参考模型统计精度进行定权;然后与13.5 a GRACE数据建立的180阶次Tongji-Grace02s重力场模型的法方程进行叠加,解算了220阶次的无约束纯卫星重力场模型Tongji-GOGR2019S.利用EIGEN-6C4重力场模型、GNSS/水准数据、DTU15重力异常数据以及欧洲区域似大地水准面模型EGG2015等数据对Tongji-GOGR2019S模型精度进行全面的检核评定,结果表明：引入GOCE卫星梯度数据后,高于72阶的位系数精度优于Tongji-Grace02s模型,Tongji-GOGR2019S模型的整体精度接近同阶次的DIR-R6等GOCE卫星第6代模型. 相似文献
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联合不同类型重力测量数据确定地球重力场模型的迭代法 总被引：1，自引：0，他引：1
不同的重力测量数据包含了不同波段的地球重力场信息,因此要恢复更高精度的地球重力场模型,就必须对不同类型的重力测量数据进行联合处理.以地面重力异常Δg为例,推导了利用迭代法联合不同类型重力测量数据反演地球重力场模型的基本原理公式,并给出了其具体实现步骤,接着采用全球的重力异常Δg数据和扰动位T数据,基于迭代法对卫星重力梯度SGG数据解算的重力场模型进行了进一步的精化.结果表明,初始的卫星重力梯度SGG模型和经过全球重力异常Δg数据精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差分别达到1.128cm和0.048cm、累计重力异常误差分别达到0.416mGal和0.018mGal的精度;在经过全球扰动位T数据进一步精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差达到0.043cm、累计重力异常误差达到0.016mGal的精度. 相似文献
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《地球物理学进展》2016,(1)
本文基于重力梯度张量密度反演基本理论,建立了模型约束正则化密度反演矩阵方程.分析了代数重构算法(ART)中迭代初始值、松弛因子和终止条件三个关键参数的影响;与最小二乘求逆法对应比较分析了算法的时间和精度.结果表明:在地震、地质等地球物理手段提供初值、边界等约束较多的情况下,ART可以克服方程的不适定进行直接求解,并且合理的松弛因子和终止条件可有效提高反演效率.当初始信息不足时,添加光滑假设、深度加权等模型约束,正则化方程可以提高反演结果的可靠性.ART的行迭代可有效避免观测误差的积累和矩阵求逆的计算,从而使计算精度和速度提高数倍.最后基于GOCE地球重力场模型所得重力梯度,以地震层析成像所得速度模型为约束,对华北克拉通密度结构进行了反演,并与该区已有密度研究结果进行了对比.结果表明:利用GOCE重力场系数计算重力梯度扰动,以速度模型为约束,基于代数重构算法进行重力梯度反演所得密度模型与重力-地震联合反演所得密度模型具有很好的对应性.ART算法为重力梯度张量反演中大规模复杂问题的快速计算提供了又一种有效手段. 相似文献
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Spectral analysis for recovering the Earth's gravity potential by satellite gravity gradients 
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下载免费PDF全文 根据仪器功率谱密度和重力位系数阶方差的定义,本文建立了卫星重力梯度测量噪声功率谱密度与重力场模型的误差阶方差的直接对应关系,并基于此讨论了重力梯度测量精度、卫星轨道高度以及运行时间对地球重力场恢复精度的影响.相比于传统的基于最小二乘法评估卫星载荷噪声对地球重力场恢复精度的影响而言,本文提出的方法简单、直接,有助于快速设计和确定卫星重力测量计划的有关参数. 相似文献
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《地球物理学报》2020,(9)
本文在法方程层面融合GOCE卫星的V_(xx)、V_(yy)、V_(zz)和V_(xz)重力梯度分量观测数据和GRACE卫星观测数据,采用直接法解算了220阶次的重力场模型Tongji-GOGR2019S.首先利用IIR带通滤波器在5～41 mHz的重力梯度带宽范围内对约24个月的GOCE重力梯度观测方程进行无相移滤波处理,并组成解算220阶次重力场模型的法方程,各梯度分量根据相对于参考模型统计精度进行定权;然后与13.5 a GRACE数据建立的180阶次Tongji-Grace02s重力场模型的法方程进行叠加,解算了220阶次的无约束纯卫星重力场模型Tongji-GOGR2019S.利用EIGEN-6C4重力场模型、GNSS/水准数据、DTU15重力异常数据以及欧洲区域似大地水准面模型EGG2015等数据对Tongji-GOGR2019S模型精度进行全面的检核评定,结果表明:引入GOCE卫星梯度数据后,高于72阶的位系数精度优于Tongji-Grace02s模型,Tongji-GOGR2019S模型的整体精度接近同阶次的DIR-R6等GOCE卫星第6代模型. 相似文献
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本文设计了一种高-低卫星跟踪卫星、低-低卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量相结合的新型重力测量卫星系统,其可在一定程度上发挥卫星重力梯度和低低卫星跟踪卫星两种测量模式各自的优势.基于重力卫星系统指标设计的半解析法,深入分析了不同重力测量卫星系统配置和不同观测量及其不同白噪声水平情况下,新型卫星重力测量模式反演重力场模型的能力.数值模拟分析结果表明：在观测值精度和星间距离相同的条件下,轨道高度是影响重力场反演精度的关键因素;随着星间距离的增大,高频重力场信号反演精度会先提高后降低,轨道高度在200~350 km之间时,星间距离在150~180 km之间时反演精度最优;星间距离变率和卫星重力梯度两类观测值仅在某些精度配置时可达到优势互补,如果某一类观测值精度很高,则另一类观测值在联合解算时贡献非常小或者没有贡献.在300 km轨道高度,若以GRACE和GOCE任务的设计指标1 μm·s-1/√Hz和5 mE/√Hz来配置新型重力测量卫星系统中星间距离变率和引力梯度观测值的精度,联合两类观测值解算200阶次模型大地水准面的精度比独立解算分别提高1.2倍和2.8倍.如果以实现100 km空间分辨率1~2 cm精度大地水准面为科学目标,考虑卫星在轨寿命,建议轨道高度选择300 km,星间距离变率和卫星重力梯度的精度分别为0.1 μm·s-1/√Hz和1 mE/√Hz.本文的研究成果可为中国研制自主的重力测量卫星系统提供参考依据. 相似文献
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高精度静态卫星重力场模型在全球海洋环流研究、全球/区域数字高程基准面确定等领域有重要应用,本文研究仅利用GOCE卫星和联合GRACE卫星观测数据确定高精度高阶次静态重力场模型.利用GOCE卫星全周期高精度引力梯度分量(Vxx、Vyy、Vzz和Vxz)观测值基于直接最小二乘法构建300阶次的SGG(Satellite Gravity Gradiometry)法方程,并利用卫星跟踪卫星观测值基于点域加速度法构建130阶SST(Satellite-to-Satellite Tracking)法方程,然后利用方差分量估计联合SGG和SST法方程确定300阶次纯GOCE卫星重力场模型GOSG02S.利用全周期GRACE观测数据由动力学方法解算了180阶次的SWPU-GRACE2021S模型,并将其对应法方程与GOCE卫星法方程联合解算了GRACE和GOCE的联合模型WHU-SWPU-GOGR2022S.分别基于XGM2019模型和GPS水准数据对本文解算的三个模型GOSG02S、SWPU-GRACE2021S... 相似文献
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Hasan Yildiz 《Studia Geophysica et Geodaetica》2012,56(1):171-184
Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) is the first satellite mission that observes gravity gradients
from the space, to be primarily used for the determination of high precision global gravity field models. However, the GOCE
gradients, having a dense data distribution, may potentially provide better predictions of the regional gravity field than
those obtained using a spherical harmonic Earth Geopotential Model (EGM). This is investigated in Auvergne test area using
Least Squares Collocation (LSC) with GOCE vertical gravity gradient anomalies (Tzz), removing the long wavelength part from EGM2008 and the short wavelength part by residual terrain modelling (RTM). The results
show that terrain effects on the vertical gravity gradient are significant at satellite altitude, reaching a level of 0.11
E?tv?s unit (E.U.) in the mountainous areas. Removing the RTM effects from GOCE Tzz leads to significant improvements on the LSC predictions of surface gravity anomalies and quasigeoid heights. Comparison
with ground truth data shows that using LSC surface free air gravity anomalies and quasi-geoid heights are recovered from
GOCE Tzz with standard deviations of 11 mGal and 18 cm, which is better than those obtained by using GOCE EGMs, demonstrating that
information beyond the maximal degree of the GOCE EGMs is present. Investigation of using covariance functions created separately
from GOCE Tzz and terrestrial free air gravity anomalies, suggests that both covariance functions give almost identical predictions. However,
using covariance function obtained from GOCE Tzz has the effect that the predicted formal average error estimates are considerably larger than the standard deviations of
predicted minus observed gravity anomalies. Therefore, GOCE Tzz should be used with caution to determine the covariance functions in areas where surface gravity anomalies are not available,
if error estimates are needed. 相似文献
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研究利用重力场模型直接进行GPS高程转换的方法,即模型高程异常法和模型重力位法.根据误差传播定律,导出了由重力场模型位系数方差计算模型高程异常以及模型正常高的误差公式,并对影响两种GPS高程转换方法精度的因素进行分析.利用具有代表性的EGM96、EIGEN-51C和EGM2008重力场模型及某线路GPS/水准数据对两种方法进行实验研究与精度分析,结果表明:理论公式及实验结果都显示两种高程转换方法是等价的,转换精度相当;两种方法使用过程中,均可能需要系统偏差校正;EGM2008重力场模型具有非常好的分辨率及精度,在局部区域,基于EGM2008模型的GPS高程转换精度有望达到cm级. 相似文献
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通过联合全球重力位模型(EGM2008)、航空重力扰动数据和剩余地形模型(RTM)数据,基于频谱域(二维FFT变换)和空间域(Stokes数值积分)算法对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线后处理重力扰动数据进行解算,构建了该地区的航空重力梯度扰动全张量.(1)残余航空重力扰动延拓结果表明:残余航空重力扰动经向下延拓至大地水准面,再向上延拓至航空高度后与原数据差值的标准差为1.0078 mGal,考虑边缘效应后,内缩计算范围得到的差值标准差减小至0.1269 mGal.(2)基于残余重力扰动数据(原航空高度数据及向下延拓数据),通过不同方案解算得到的梯度扰动结果表明:两种方案得到的研究区域重力梯度扰动各分量之差的最大标准差为6.4798E(Γ_(yz)分量),最小标准差为2.6968E(Γ_(xy)分量),内缩计算范围后得到的差值标准差最大值为1.8307E(Γ_(zz)分量),最小值为0.7223E(Γ_(yz)分量).本文的思路和方法可为未来我国自主构建航空重力梯度标定场提供参考. 相似文献
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Ali Kiliçoğlu Ahmet Direnç Hasan Yildiz Murat Bölme Bahadir Aktuğ Mehmet Simav Onur Lenk 《Studia Geophysica et Geodaetica》2011,55(4):557-578
Turkish regional geoid models have been developed by employing a reference earth gravitational model, surface gravity observations
and digital terrain models. The gravimetric geoid models provide a ready transformation from ellipsoidal heights to the orthometric
heights through the use of GPS/leveling geoid heights determined through the national geodetic networks. The recent gravimetric
models for Turkish territory were computed depending on OSU91 (TG-91) and EGM96 (TG-03) earth gravitational models. The release
of the Earth Gravitational Model 2008 (EGM08), the collection of new surface gravity observations, the advanced satellite
altimetry-derived gravity over the sea, and the availability of the high resolution digital terrain model have encouraged
us to compute a new geoid model for Turkey. We used the Remove-Restore procedure based on EGM08 and applied Residual Terrain
Model (RTM) reduction of the surface gravity data. Fast Fourier Transformation (FFT) was then used to obtain the residual
quasigeoid from the reduced gravity. We restored the individual contributions of EGM08 and RTM to the whole quasi-geoid height
(TQG-09). Since the Helmert orthometric height system is adopted in Turkey, the quasi-geoid model (TQG-09) was then converted
to the geoid model (TG-09) by making use of Bouguer gravity anomalies and digital terrain model. After all we combined a gravimetric
geoid model with GPS/leveling geoid heights in order to obtain a hybrid geoid model (THG-09) (or a transformation surface)
to be used in GPS applications. The RMS of the post-fit residuals after the combination was found to be ± 0.95 cm, which represents
the internal precision of the final combination. And finally, we tested the hybrid geoid model with GPS/leveling data, which
were not used in the combination, to assess the external accuracy. Results show that the external accuracy of the THG-09 model
is ± 8.4 cm, a precision previously not achieved in Turkey until this study. 相似文献
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重力空白区数据填补的一个主要方法是基于地壳均衡理论进行的,该方法亦用于EGM系列模型的构建中.本文研究了地形数据在构制地形/均衡重力场模型中的应用,分析了补偿深度对Airy位模型和面凝聚位模型的影响,给出二者的最佳补偿深度分别为50 km和40 km.以纯卫星重力模型为参考,后者在前120阶的精度要高于前者,但在121~250阶的精度较低,组合模型精度高于单一模型精度.对地形/均衡地球重力场模型进行了EGM2008拟稳分析,研究了不同分辨率基准的拟稳效果,分析表明：30'分辨率的拟稳基准所得拟稳模型对应的阶方差与参考阶方差曲线直到360阶都有较好的一致性,以EGM2008为基准,其相对累计大地水准面高误差在140阶时为6.83cm,相对累计重力异常误差在220阶时为1.10 mGal. 相似文献
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EGM2008地球重力模型数据在中国大陆地区的精度分析 总被引：9，自引：1，他引：8
本文介绍了5′×5 ′的EGM2008地球重力模型及其在全球的精度评价.按照地形变化规律,将中国大陆大致分为7个区域,在10 km网度上,将EGM2008地球重力模型数据与中国地面实测空间重力网格数据进行了对比.由于数据源的问题,中国大陆的模型数据精度普遍低于北美和欧洲.二种数据在地形平坦的东部地区差别较小,向西随着地形复杂程度的增加,二种数据之间的标准差从小于10 mGal增大到50多mGal.畸变点分析表明精度极低的网格点均分布在地形起伏大的地区.总体而言,5′×5′的EGM2008地球重力模型数据在中国大陆将近80％的面积上的精度可达10 mGal之内,可用于小比例尺重力编图和构造研究.在地形起伏较大的中国西部以青藏高原为例进一步比较了EGM2008重力模型和重力测点数据,结果表明在重力点分布稀疏不均匀的地区,平面网格数据难以准确表达重力场信息.由于缺少地面重力数据控制,EGM2008重力模型数据在中国西部精度较低,但模型数据依然在很大程度上提高了空间重力异常信息的丰富程度.将中国区域重力调查成果数据应用于地球模型的构建是一项有意义的工作. 相似文献
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Precise estimation of covariance parameters in least-squares collocation by restricted maximum likelihood 总被引：1，自引：0，他引：1
Precise estimates of the covariance parameters are essential in least-squares collocation (LSC) in the case of increased accuracy requirements. This paper implements restricted maximum likelihood (REML) method for the estimation of three covariance parameters in LSC with the Gauss-Markov second-order function (GM2), which is often used in interpolation of gravity anomalies. The estimates are then validated with the use of an independent technique, which has been often omitted in the previous works that are confined to covariance parameters errors based on the information matrix. The crossvalidation of REML estimates with the use of hold-out method (HO) helps in understanding of REML estimation errors. We analyzed in detail the global minimum of negative log-likelihood function (NLLF) in the estimation of covariance parameters, as well, as the accuracy of the estimates. We found that the correlation between covariance parameters may critically contribute to the errors of their estimation. It was also found that knowing some intrinsic properties of the covariance function may help in the scoring process. 相似文献