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1.
测定地球重力场,确定高分辨率的静态地球重力场模型,是大地测量学的主要任务之一.重力场的影响主要分为潮汐部分和非潮汐部分,天文潮汐在潮汐部分中属于直接引力效应,对重力场的影响是不可忽略的.本文以一个月的星历数据为基础,分析了天文潮汐对GOCE卫星重力梯度观测数据的影响,并统计了最大值和最小值;研究了天文潮汐对地球上单点重力梯度数据的影响特征;计算了各行星对卫星重力梯度数据影响量级.研究结果表明:天文潮汐对卫星重力梯度数据的影响量级处于0.1mE,比GOCE卫星设计精度低一个量级,但是它具有周期性,属于有色噪声,因此在卫星重力梯度数据预处理中需要扣除;天文潮汐对卫星重力梯度数据各分量的影响不同,其中对角线分量Vxx,Vyy和Vzz要比其他分量略大;月球和太阳对卫星重力梯度数据的影响最大,在所有星体中占据主导地位. 相似文献
2.
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
3.
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
4.
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
5.
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
6.
重力梯度仪校准参数的确定是GOCE重力梯度观测数据处理的关键环节。本文对GOCE卫星重力梯度观测值中的时变信号与粗差进行了分析,利用高精度全球重力场模型,确定了GOCE重力梯度观测值各分量的尺度因子与偏差,并对校准结果进行了精度评定。结果表明,在测量带宽内,海潮对重力梯度观测值影响在mE量级,与重力梯度仪的精度水平相当,陆地水等非潮汐重力场时变信号略小于海潮,量级约为10~(-4)E;各分量重力梯度观测值的粗差比例均大于0.2%;除EGM96模型外的其他模型对GOCE重力梯度仪进行校准后,Vxx、Vyy、Vzz、Vyz分量上尺度因子的稳定性均在10~(-4)量级,Vxz分量能达到10~(-5)量级,Vxy分量为10~(-2)量级,这与梯度观测值各分量的精度水平一致。 相似文献
7.
不同于当前广泛使用的空域法、时域法、直接解法,本文尝试采用Torus方法处理GOCE实测数据,利用71 d的GOCE卫星引力梯度数据反演了200阶次GOCE地球重力场模型,实现了对参考模型的精化。首先,采用Butterworth零相移滤波方法加移去—恢复技术,处理引力梯度观测值中的有色噪声,并利用泰勒级数展开和Kriging方法对GOCE卫星引力梯度数据进行归算和格网化,计算得到了名义轨道上格网点处的引力梯度数据。然后,利用2D-FFT技术和块对角最小二乘方法处理名义轨道上数据,获得了200阶次的GOCE地球重力场模型GOCE_Torus。利用中国和美国的GPS/水准数据进行外部检核结果说明,GOCE_Torus与ESA发布的同期模型的精度相当;GOCE_Torus模型与200阶次的EGM2008模型相比,在美国区域精度相当,但在中国区域精度提高了4.6 cm,这充分体现了GOCE卫星观测数据对地面重力稀疏区的贡献。Torus方法拥有快速高精度反演卫星重力场模型的优势,可以在重力梯度卫星的设计、误差分析及在轨快速评估等方面得到充分应用。 相似文献
8.
地球重力场和海洋环流探测（gravity field and steady-state ocean circulation explorer,GOCE）卫星重力梯度数据有色噪声和低频系统误差的滤波处理是反演高精度地球重力场的一个关键问题。针对GOCE卫星重力梯度数据的滤波处理,基于移动平均（moving average,MA）方法和CPR（circle per revolution）经验参数方法设计了两类低频系统误差滤波器,并分别将这两类滤波器与基于自回归移动平均（auto-regressive and moving average,ARMA）模型设计的有色噪声滤波器组合起来形成级联滤波器。为了分析滤波器处理的实际效果,基于空域最小二乘法采用70 d的GOCE观测数据,并联合重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment,GRACE）数据分别反演了224阶次的重力场模型GOGR-MA（MA+ARMA级联滤波）和GOGR-CPR（CPR+ARMA级联滤波）。将反演模型与采用同期数据求解的第一代GOCE系列模型及GOCE和GRACE联合模型GOCO01S进行比较,并通过高精度的全球定位系统水准数据和稳态海面地形模型进行检核,结果表明:构建的MA和CPR经验参数滤波器均能削弱低频系统误差的影响,并且后者效果更为明显,而ARMA去相关滤波器能够有效地对重力梯度数据有色噪声进行白化处理;反演的联合模型GOGR-MA和GOGR-CPR的精度接近,并且它们都优于欧空局采用同期数据研制的GOCO01S模型。反演结果验证了设计的级联滤波器的正确性和有效性,可为GOCE卫星重力梯度数据的滤波处理及高精度重力场反演提供参考。 相似文献
9.
地球重力场是地球的基本物理场,表征着地球物质空间分布、运动和变化,一直是大地测量学科的核心科学任务之一。随着卫星重力测量技术的飞速发展,21世纪初国际卫星重力探测计划,CHAMP、GRACE和GOCE先后成功实施,提供了大量高低卫星跟踪卫星、低低卫星跟踪卫星以及卫星重力梯度观测数据,为研究地球重力场精细结构和构建高精度全球重力场模型提供精确的长波信息。其中,基于卫星跟踪卫星观测值恢复高精度中长波重力场被各国学者广泛而深入地研究。在此背景下,本文研究由卫星跟踪卫星技术利用加速度法确定地球重力场模型的理论与方法。 相似文献
10.
在地球重力场和海洋环流探测卫星GOCE(Gravity field and Ocean Circulation Explorer)的观测数据中,其主要的观测量重力梯度数据不仅与搭载的6个加速度计的测量值有关,而且还与卫星自身的自转角速度存在着二次函数关系.由于加速度计测量频段的限制,这样就导致了卫星姿态的低频误差混入到测量频段内的重力梯度数据之中.为了客观地分析姿态误差对重力梯度精度的影响程度,本文论述了如何利用以四元数形式给出的姿态数据来计算自转角速度,并针对GOCE的实际姿态误差情况通过数据模拟分析了姿态误差对重力梯度测量精度的影响,得到了下列结论:若卫星姿态的误差是5〃,则对重力梯度精度的影响最大可达5.7 mEd;若重力梯度的精度指标是1 mEd,那么GOCE姿态的误差不能超过1〃. 相似文献
11.
The performance of the L-curve criterion and of the generalized cross-validation (GCV) method for the Tikhonov regularization
of the ill-conditioned normal equations associated with the determination of the gravity field from satellite gravity gradiometry
is investigated. Special attention is devoted to the computation of the corner point of the L-curve, to the numerically efficient
computation of the trace term in the GCV target function, and to the choice of the norm of the residuals, which is important
for the Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer (GOCE) in the presence of colored observation noise. The
trace term in the GCV target function is estimated using an unbiased minimum-variance stochastic estimator. The performance
analysis is based on a simulation of gravity gradients along a 60-day repeat circular orbit and a gravity field recovery complete
up to degree and order 300. Randomized GCV yields the optimal regularization parameter in all the simulations if the colored
noise is properly taken into account. Moreover, it seems to be quite robust against the choice of the norm of the residuals.
It performs much better than the L-curve criterion, which always yields over-smooth solutions. The numerical costs for randomized
GCV are limited provided that a reasonable first guess of the regularization parameter can be found.
Received: 17 May 2001 / Accepted: 17 January 2002 相似文献
12.
An efficient algorithm is proposed for gravity field recovery from Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer
(GOCE) satellite gravity gradient observations. The mathematical model is formulated in the time domain, which allows the
inclusion of realistic observational noise models. The algorithm combines the iterative solution of the normal equations,
using a Richardson-type iteration scheme, with the fast computation of the right-hand side of the normal equations in each
iteration step by a suitable approximation of the design matrix. The convergence of the iteration is investigated, error estimates
are provided, and the unbiasedness of the method is proved. It is also shown that the method does not converge to the solution
of the normal equations. The performance of the approach for white noise and coloured noise is demonstrated along a simulated
GOCE orbit up to spherical harmonic degree and order 180. The results also indicate that the approximation error may be neglected.
Received: 30 November 1999 / Accepted: 31 May 2000 相似文献
13.
A. K. Goodacre J. O. Liard P. N. Courtier R. V. Cooper P. J. Winter R. K. McConnell 《Journal of Geodesy》1991,65(3):170-178
Summary Absolute measurements of gravity have been made at 6 locations ranging from Ottawa, Ont., in southern Canada, to Alert, N.W.T., the world's most northerly permanent settlement, as part of a program to provide scale and level for the Canadian Gravity Standardization Network (CGSN). Except at Resolute, N.W.T., CGSN-74 gravity values, upon which our gravity reductions are currently based, agree with the absolute gravity meter results to within about .25µm/s2. The scale of our CGSN-80 gravity network, upon which our spring-balance type gravity meter scale constants are derived, agrees with the scale defined by the absolute gravity measurements to within about one part in ten thousand. 相似文献
14.
针对利用带限型径向基函数,融合航空和地面重力数据构建高阶地球重力场模型时,航空、地面重力数据的频谱信息不一致问题,该文提出残差与先验精度比较分析法,确定出了研究区域航空数据的最佳频谱范围.结果 表明:航空重力数据系统性偏差及其径向基函数展开阶次不当可分别导致±0.019m和±0.007 m的建模误差.基于此,构建了局部区域6000阶的径向基函数融合地球重力场模型CBFM2020.通过与GPS/水准数据比较,CBFM2020的精度比EGM2008、USGG2012以及仅由地面数据得到的重力场模型均有所提高.模型建立过程中航空重力数据未进行向下延拓,而是直接在原始高度与地面数据进行融合,可为局部地区高阶重力场模型的构建提供一定参考. 相似文献
15.
卫星重力梯度数据重力异常的精度分析 总被引：1，自引：0，他引：1
针对GOCE卫星确定的地球重力场模型精度的不确定性,对比分析GOCE位模型与多个不同重力场模型确定的重力异常,并将其分别与船测重力数据、南极航空重力数据、北极重力数据以及美国和中国台湾地面重力数据比较研究。结果表明:GOCE位模型的内符合精度最高,与地面重力观测数据符合最优;与船测以及航空重力测量符合相对较差、精度较低。研究表明,在一定精度前提下,GOCE卫星确定的重力数据可用于无人区,从而提高重力观测数据的覆盖率。 相似文献
16.
Christopher Jekeli 《Journal of Geodesy》1980,54(2):137-147
Errors are considered in the outer zone contribution to oceanic undulation differences as obtained from a set of potential
coefficients complete to degree 180. It is assumed that the gravity data of the inner zone (a spherical cap), consisting of
either gravity anomalies or gravity disturbances, has negligible error. This implies that error estimates of the total undulation
difference are analyzed. If the potential coefficients are derived from a global field of 1°×1° mean anomalies accurate to
εΔg=10 mgal, then for a cap radius of 10°, the undulation difference error (for separations between 100 km and 2000 km) ranges
from 13 cm to 55 cm in the gravity anomaly case and from 6 cm to 36 cm in the gravity disturbance case. If εΔg is reduced to 1 mgal, these errors in both cases are less than 10 cm. In the absence of a spherical cap, both cases yield
identical error estimates: about 68 cm if εΔg=1 mgal (for most separations) and ranging from 93 cm to 160 cm if εΔg=10 mgal. Introducing a perfect 30-degree reference field, the latter errors are reduced to about 110 cm for most separations. 相似文献
17.
18.
Superconducting tensor gravity gradiometer 总被引：1，自引：0，他引：1
H. J. Paik 《Journal of Geodesy》1981,55(4):370-381
A sensitive gravity gradiometer can provide much needed gravity data of the earth and improve the accuracy of inertial navigation.
A complete determination of all five independent components of the gravity gradient tensor is possible in principle by rotating
a single in-line component gradiometer. In order to avoid dynamically induced noise sources arising from rotation, a hard-mounted
assembly of component gradiometers may nevertheless be advantageous in an ultra-sensitive device.
Superconductivity and other properties of materials at low temperatures can be used to obtain a sensitive, low-drift, gravity
gradiometer. By differencing the outputs of accelerometer pairs using superconducting circuits, it is possible to construct
a non-rotating tensor gravity gradiometer. Additional superconducting circuits can be provided to determine the linear and
angular acceleration vectors. A three-axis in-line gravity gradiometer (a “vector” gradiometer) is being developed for satellite
geodesy. A two-dimensional spring concept for a three-axis cross component gradiometer is discussed. The superconducting tensor
gravity gradiometer constitutes a complete package of inertial navigation instruments with angular and linear acceleration
readouts as well as gravity signals. Accuracy of inertial navigation could be improved by use of such a gradiometeraided inertial
navigator.
Presented at the Second International Symposium on Inertial Technology of Surveying and Geodesy, Banff, Canada, June 1–5, 1981. 相似文献
Sommaire Un gradiomètre gravimétrique sensible peut foumir une grande partie des données gravimétriques terrestres et augmenter la précision de la navigation inertielle. Une détermination complète des cinq composantes indépendantes du tenseur de gradient de gravité est possible en principe par la rotation d’un seul axe d’un gradiomètre. Dans le but d’éviter les sources de bruit provenant de la rotation, un assemblage complexe de gradiomètres peut être néanmoins avantageux dans un appareil ultra-sensible. La superconductivité et d’autres propriétés des matériaux à basse température peuvent être utilisées pour obtenir un gradiomètre gravimétrique sensible et à faible dérive. Il est possible, en différentiant les sorties de paires d’accéléromètres utilisant des circuits superconducteurs, de construire un gradimètre non-rotatif qui mesure le tenseur de gravité. Des circuits superconducteurs additionnels peuvent être ajoutés pour déterminer les vecteurs d’accélération linéaires et angulaires. Un gradiomètre gravimétrique à trois exes est présentement développé pour la géodésie spatiale. Le concept d’un ressort à deux dimensions comme composante d’un gradiomètre à trois axes est discuté. Le gradiomètre de mesure du tenseur de gravité à l’aide de circuits superconducteurs constitue l’ensemble complet pour un instrument de navigation inertielle avec lecture des accélérations angulaires et linéaires et des données de gravité. La précision de la navigation inertielle pourrait être améliorée par l’emploi d’un tel gradiomètre avec les systèmes inertiels.
Presented at the Second International Symposium on Inertial Technology of Surveying and Geodesy, Banff, Canada, June 1–5, 1981. 相似文献
19.
Lars E. Sjöberg 《Journal of Geodesy》1989,63(2):213-221
Integral formulas are derived for the determination of geopotential coefficients from gravity anomalies and gravity disturbances
over the surface of the Earth. First order topographic corrections to spherical formulas are presented. In addition new integral
formulas are derived for the determination of the external gravity field from surface gravity.
Taking advantage of modern satellite positioning techniques, it is suggested that, in general, the external gravity field
as well as individual coefficients are better determined from gravity disturbances than from gravity anomalies. 相似文献
20.
Gravity reference stations for the National Gravity Survey of Botswana have been established at twenty-three sites throughout
the country in a net linked to existing bases in South Africa, Kenya and Zambia with an internal accuracy of better than 0.5
gravity units (one gravity unit, gu, equals an acceleration of 10−6 m.s−2). The field procedure and reduction of data are explained and a list is given of the gravity values. 相似文献