《由Torus方法確定300階次高精度全球GOCE衛星重力場模型的研究》是依託武漢大學，由徐新禹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：由Torus方法確定300階次高精度全球GOCE衛星重力場模型的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐新禹
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高精度高解析度的衛星重力場模型可為我國實現國家高程基準現代化提供高精度的長波、中波及短波重力信息。本項目主要研究利用Torus方法恢復全球高精度高解析度GOCE衛星重力模型的相關理論和方法，重點研究SGG觀測值的有色噪聲的最優濾波方法、確定衛星運動加速度的微分方法、SGG觀測值的坐標系轉換方法、SGG和引力加速度觀測值的格網化方法、多源觀測數據的最優融合方法、極空白問題以及重力場模型解算的快速穩定算法，突破一系列相關的關鍵技術，聯合GOCE任務的SGG和SST觀測數據恢復300階次高精度全球衛星重力模型，並用地面GPS水準、重力等獨立數據對其進行精度檢驗，在100公里空間解析度上大地水準面的精度達到2-3厘米，精度水平與國際同類模型相當。成果也能為我國發展自主衛星重力梯度計畫提供技術支撐，還可用於地球科學相關領域的研究，有著重要的科學和現實意義。
結題摘要
靜態/時變地球重力場信息是建立現代測繪高程基準體系不可或缺的基本資源，是建立全球/區域統一高程基準的前提，還可用於固體地球物理學、海洋學等地球學科及其套用研究。衛星重力是目前快速測定全球重力場的唯一可行技術，本項目針對GOCE衛星梯度測量任務，主要研究四項內容：GOCE衛星重力原始觀測數據的精化技術和方法、Torus方法用於GOCE實測數據反演重力場模型的理論與方法、SGG和引力加速度觀測值聯合反演高階次重力模型的相關理論與方法、300階次高精度全球衛星重力場模型的確定及檢驗。主要研究成果有：(1)深入研究了Torus方法的基本原理及與其相關的理論與方法。推導了基於2D-FFT技術且顧及相移的Torus面上觀測值的球諧綜合與球諧分析的實用公式，並實現了塊對角最小二乘法；同時深入研究了解決法方程病態的正則化方法和SGG和SST觀測值聯合的數據融合方法。(2)研究了引力梯度觀測值由實測軌道歸算至名義軌道的方法，提出採用移去—恢復法加疊代策略來減弱歸算誤差及參考模型的影響。數值研究表明三次樣條法對衛星位置/速度格網化精度最高，Kriging方法對引力梯度和加速度觀測值格網化精度較高。(3)提出了基於載波相位微分加速度確定衛星重力場的新思路，該方法不需要估計載波相位整周模糊度，並能消弱相鄰曆元間的系統誤差，因此較傳統方法在精度上略有提高。深入分析了引力梯度觀測值中有色噪聲的處理方法，最終提出採用聯合Butterworth零相移濾波和移去—恢復技術處理觀測值的有色噪聲。(4)獨立自主研製了基於Torus方法確定GOCE衛星重力場模型的軟體系統，包括引力梯度數據有色噪聲濾波、引力梯度觀測值歸算和格網化、塊對角最小二乘算法、2D-FFT轉換等模組。利用模擬數據驗證了利用GOCE觀測數據基於Torus方法確定重力場模型的可行性和有效性。(5)聯合GOCE衛星運行周期內沿軌道引力加速度和重力梯度觀測值，構建了300階次的純GOCE衛星重力場模型，其大地水準面累積誤差在200階次（100km）為2.67cm，美國和中國GPS/水準數據檢核證明，該模型在200階次與ESA發布的模型精度相當，在中國區域明顯優於EGM2008。成果能為我國發展自主衛星重力梯度計畫提供技術支撐，還可用於高程基準模型構建和地球科學相關領域的研究。
