利用GOCE觀測數據確定200階高精度全球重力場模型的研究

《利用GOCE觀測數據確定200階高精度全球重力場模型的研究》是依託武漢大學，由徐新禹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用GOCE觀測數據確定200階高精度全球重力場模型的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐新禹
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

預計於2009年3月實施的GOCE衛星任務將以前所未有的精度和100km解析度恢復全球重力場，據此有望實現確定厘米級精度全球大地水準面的戰略目標。本項目研究利用GOCE觀測數據恢復200階高精度全球重力場模型的相關理論、方法及關鍵技術，主要研究利用梯度觀測數據恢復重力場的SA方法和空域最小二乘法。重點研究：GOCE觀測數據預處理的方法、正則化方法在高階重力場模型解算中的套用、最小二乘解算中梯度儀有色噪聲的濾波方法、並行計算在空域最小二乘法求解衛星重力模型中的套用以及SGG和SST觀測值的聯合解算方法，研製具有自主著作權和集成技術建立GOCE衛星重力模型功能完整的軟體包，利用GOCE實測數據研製與國際上同類衛星重力模型精度水平相當的200階全球重力場模型。項目研究成果可套用於精化我國區域重力場，推動大地測量學科的現代化發展，並在地球相關學科領域有廣泛套用，具有重要的科學和現實意義。

結題摘要

2009年3月，採用衛星重力梯度測量技術的GOCE衛星發射升空，目的是在100km空間解析度上恢復高精度全球重力場和大地水準面。本項目研究了利用GOCE觀測數據恢復200階高精度全球重力場模型的相關理論、方法及關鍵技術，主要研究成果包括：實現了GOCE觀測數據預處理中時變重力梯度信號的改正；研究分析了幾類正則化方法在高階重力場模型解算的套用，探討了幾種不同正則化參數的確定方法；分析比較了梯度儀有色噪聲的時域和頻域濾波方法，利用數值分析對方法的有效性和效率進行了驗證；研究了高階次重力場模型的快速解算方法，主要是將預條件共軛梯度（PCCG）算法成功用於空域最小二乘方法中大型法方程的解算；研究了衛星重力梯度張量分量以及衛星跟蹤衛星（SST）觀測值的聯合解算方法，重點研究了利用方差分量估計方法估計不同觀測值的相對權；深入研究了利用衛星重力梯度觀測數據恢復重力場的SA方法和空域最小二乘法，基於模擬數據對兩種方法的可行性和有效性進行了驗證；研製了具有自主著作權和集成技術的GOCE衛星數據處理的軟體系統；基於GOCE衛星61天重複周期等間隔採樣的SGG觀測數據，基於SA方法估計了240階次的重力場模型，並成功估計了對角線分量的誤差PSD，其可作為空域最小二乘法的先驗誤差模型；利用71天實測數據，基於空域最小二乘法求解了200階次的GOCE衛星重力場模型WHUGO01S，其精度與ESA發布的由同期觀測值採用時域法求解的GO_TIM_R1模型精度相當，兩者大地水準面差異的RMS為5.4mm。該項目研究成果可套用於精化我國區域重力場，推動大地測量學科的現代化發展，並在地球相關學科領域有廣泛套用，具有重要的科學和現實意義。項目全面的完成了預定研究內容和研究目標。