联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

钟波; 宁津生; 罗志才; 周浩

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联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

钟波, 宁津生, 罗志才, 周浩

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钟波, 宁津生, 罗志才, 周浩. 联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(10): 1215-1220.

引用本文:

钟波, 宁津生, 罗志才, 周浩. 联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(10): 1215-1220.

ZHONG Bo, NING Jinsheng, LUO Zhicai, ZHOU Hao. Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2012, 37(10): 1215-1220.

Citation:

ZHONG Bo, NING Jinsheng, LUO Zhicai, ZHOU Hao. Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2012, 37(10): 1215-1220.

联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

钟波^1,2,
宁津生^1,2,
罗志才^1,2,
周浩¹

¹武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号430079;²地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉市珞喻路129号430079

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41104014,41131067);;中国博士后科学基金资助项目(20110491189);;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(111110)

详细信息

作者简介:
钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

中图分类号: P223.0;P223.6

Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data

¹ School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China;² Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy,Ministry of Education, Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China

Funds: 国家自然科学基金资助项目(41104014,41131067);;中国博士后科学基金资助项目(20110491189);;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(111110)

摘要: 论述了联合卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的方法及数据处理方案,研究了GOCE重力场反演中有色噪声的AR去相关滤波、病态法方程的Kaula正则化和观测值最优加权的方差分量估计等关键问题。模拟结果表明:①极空白问题会降低法方程求解的稳定性,导致低次位系数的求解精度较低,而Kaula正则化可有效用于GOCE病态法方程的求解,并得到合理稳定的解;②重力梯度有色噪声会降低GOCE重力场求解的整体精度,特别是对低阶位系数的影响最为明显,而AR去相关滤波法可有效处理有色噪声,但解算结果仍含有低频误差;③方差分量估计可有效确定SST和SGG两类观测值的最优权比,并且有色噪声造成的低频误差经过联合求解后得到了抑制;④利用30d、5s采样的GOCE模拟数据恢复200阶次的重力场模型,其大地水准面和重力异常精度在纬度±83°范围内分别为±3.81cm和±1.056mGal。
- 卫星重力梯度 /
- 联合平差 /
- 去相关滤波 /
- GOCE
Abstract: The combined adjustment method and its data processing scheme for rigorous gravity field recovery by combining GOCE satellite orbit and gravity gradient data are discussed.The AR decorrelation filtering method for processing of colored noise,Kaula regularization method for solving the morbid normal equations,and variance component estimation(VCE) method for determining the optimal weight of SST and SGG data are studied.The results show that: Firstly,the polar gaps of SGG data will decrease the stability of the solution,and lead to a lower accuracy of low-order geopotential coefficients.Kaula regularization can be effectively used to solve the GOCE morbid equations and obtain a stable solution.Secondly,SGG colored noises degrade the total accuracy of GOCE gravity field model,especially for the low-degree of geopotential coefficients.The AR decorrelation filtering can handle the colored noise,but the solution still contains significant low-frequency errors.Thirdly,the VCE method can effectively determine the optimal weights of SST and SGG data,and it shows that the low-frequency errors caused by colored noise are effectively inhibited.Finally,the GOCE gravity field with degree of 200 is recovered from 30 days of simulated GOCE data with 5s sampling interval,and its accuracy of geoid heights and gravity anomalies between±83°latitude areas are ±3.81 cm and ±1.056 mGal,respectively.
- satellite gravity gradiometry /
- combined adjustment /
- decorrelation flitering /
- GOCE

[1]	郭泽华, 吴云龙, 肖云, 胡敏章. 联合星象仪四元数的卫星重力梯度测量角速度重建方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(9): 1336-1344. doi: 10.13203/j.whugis20200595
[2]	苏勇, 范东明, 蒲星钢, 游为, 肖东升, 于冰. 联合GOCE卫星数据和GRACE法方程确定SWJTU-GOGR01S全球重力场模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(3): 457-463. doi: 10.13203/j.whugis20150100
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[4]	李建成, 徐新禹, 赵永奇, 万晓云. 由GOCE引力梯度张量不变量确定卫星重力模型的半解析法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(1): 21-26. doi: 10.13203/j.whugis20150554
[5]	邓文彬, 许闯, 阿力甫·, 努尔买买提. 卫星重力梯度观测数据的时变信号影响分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(1): 72-78. doi: 10.13203/j.whugis20140861
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[8]	黄强, 范东明, 游为. 利用GOCE卫星轨道数据反演地球重力场模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(8): 907-910.
[9]	徐天河, 贺凯飞. 利用交叉点不符值对GOCE卫星重力梯度数据进行精度评定 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 617-620.
[10]	徐新禹, 李建成, 姜卫平, 邹贤才. 由重力场模型快速计算沿轨重力梯度观测值 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(2): 226-230.
[11]	罗志才, 钟波, 宁津生, 杨光. GOCE卫星轨道摄动的数值模拟与分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(7): 757-760.
[12]	罗志才, 吴云龙, 钟波, 杨光. GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(10): 1163-1167.
[13]	徐新禹, 李建成, 邹贤才, 禇永海. 最小二乘法求解三类卫星重力梯度边值问题的研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(11): 987-990.
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[18]	佘彬彬. VLBI、卫星网和地面网联合平差的数学模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1989, 14(1): 27-37.
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联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

¹武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号430079;²地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉市珞喻路129号430079

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41104014,41131067);;中国博士后科学基金资助项目(20110491189);;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(111110)

作者简介:
钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

收稿日期: 2011-08-22
刊出日期: 2012-10-05

中图分类号: P223.0;P223.6

关键词:

摘要: 论述了联合卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的方法及数据处理方案,研究了GOCE重力场反演中有色噪声的AR去相关滤波、病态法方程的Kaula正则化和观测值最优加权的方差分量估计等关键问题。模拟结果表明:①极空白问题会降低法方程求解的稳定性,导致低次位系数的求解精度较低,而Kaula正则化可有效用于GOCE病态法方程的求解,并得到合理稳定的解;②重力梯度有色噪声会降低GOCE重力场求解的整体精度,特别是对低阶位系数的影响最为明显,而AR去相关滤波法可有效处理有色噪声,但解算结果仍含有低频误差;③方差分量估计可有效确定SST和SGG两类观测值的最优权比,并且有色噪声造成的低频误差经过联合求解后得到了抑制;④利用30d、5s采样的GOCE模拟数据恢复200阶次的重力场模型,其大地水准面和重力异常精度在纬度±83°范围内分别为±3.81cm和±1.056mGal。

English Abstract

Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data

¹ School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China;² Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy,Ministry of Education, Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China

Funds: 国家自然科学基金资助项目(41104014,41131067);;中国博士后科学基金资助项目(20110491189);;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(111110)

Received Date: 2011-08-22
Publish Date: 2012-10-05

Keywords:

Abstract: The combined adjustment method and its data processing scheme for rigorous gravity field recovery by combining GOCE satellite orbit and gravity gradient data are discussed.The AR decorrelation filtering method for processing of colored noise,Kaula regularization method for solving the morbid normal equations,and variance component estimation(VCE) method for determining the optimal weight of SST and SGG data are studied.The results show that: Firstly,the polar gaps of SGG data will decrease the stability of the solution,and lead to a lower accuracy of low-order geopotential coefficients.Kaula regularization can be effectively used to solve the GOCE morbid equations and obtain a stable solution.Secondly,SGG colored noises degrade the total accuracy of GOCE gravity field model,especially for the low-degree of geopotential coefficients.The AR decorrelation filtering can handle the colored noise,but the solution still contains significant low-frequency errors.Thirdly,the VCE method can effectively determine the optimal weights of SST and SGG data,and it shows that the low-frequency errors caused by colored noise are effectively inhibited.Finally,the GOCE gravity field with degree of 200 is recovered from 30 days of simulated GOCE data with 5s sampling interval,and its accuracy of geoid heights and gravity anomalies between±83°latitude areas are ±3.81 cm and ±1.056 mGal,respectively.

钟波, 宁津生, 罗志才, 周浩. 联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(10): 1215-1220.

引用本文:

钟波, 宁津生, 罗志才, 周浩. 联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(10): 1215-1220.

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联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

作者简介: 钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data

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出版历程

联合GOCE卫星轨道和重力梯度数据严密求解重力场的模拟研究

1武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号430079;2地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉市珞喻路129号430079

作者简介: 钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

English Abstract

Simulation Study of Rigorous Gravity Field Recovery by Combining GOCE Satellite Orbit and Gravity Gradient Data

1 School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China;2 Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy,Ministry of Education, Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China

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作者简介:
钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

¹武汉大学测绘学院,武汉市珞喻路129号430079;²地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,武汉市珞喻路129号430079

作者简介:
钟波，博士，讲师、博士后，主要从事物理大地测量和卫星重力学研究。

¹ School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China;² Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy,Ministry of Education, Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079,China