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能量守恒法应用于GOCE卫星数据解算

郭江  
【摘要】:CHAMP、GRACE、GOCE等低轨卫星的相继升空,卫星重力探测已成为大地测量学中又一重要的研究领域,同时多种学科对地球重力场的要求也越来越高,应用也越来越广泛,几乎覆盖到地球物理的所有学科,而地球重力场模型是所有研究的基础,,比如大地水准面差距、重力异常等。基于此本文就重点研究了重力场模型的位系数解算,以及在大地水准面差距、重力异常方面进行了对比。本文主要的研究内容概述如下: 1.重点分析了地球重力场模型和卫星重力探测所具有的重大意义,总结了目前国际上对地球重力场的研究现状及已公布的重力场模型情况,分析了我国目前地球重力研究的现状及问题:重力测量覆盖范围不足,卫星数据匮乏,理论研究缺乏创新性等。 2.从地球重力场的基础理论开始研究,严格推导了重力场模型的计算公式,列举了反演重力场模型的几种方法:直接法、空域法和时域法;结合卫星重力探测技术,推导了运用能量守恒法反演地球重力场模型的计算公式,联立这两类公式列立误差方程,解算重力场模型位系数;同时也分析了在解算误差方程时的几种方法,并选取最小二乘法为本文的解算方法。 3.从ESA获得GOCE卫星数据,重点研究分析了数据组织结构,并对轨道数据进行了简单的预处理,以供后续的解算使用,重点分析了所涉及到几种坐标系,编写程序进行了坐标转换(四元素法);推导了采用重力梯度数据反演重力场模型的计算方法;计算了1天的几何学轨道数据,对其进行了粗差探测,在XY方向精度(轨道均方根差)可达到20mm,Z方向精度相对低点,有个别超过35mm。 4.计算了GOCE卫星轨道受到的各种摄动力影响(主要六个),在解算时进行轨道改正;编写程序反演了一组重力场模型SWJTG11,并与参考模型进行了比对,各阶方差误差主要集中在10-10左右,各阶大地水准面差距与参考模型之差最大达到10.4mm。 5.利用GMT绘图软件,绘出了全球大地水准面差距分布图和全球重力异常分布图,以及它们之间差值的分布图,重点从色彩和精细程度比对与参考模型的差异,从地理上分析之间的差距分布。


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