利用GOCE卫星数据确定全球重力场模型-物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 9 (2014) 099101 利用GOCE卫星数据确定全球重力场模型 苏勇 范东明 游为 (西南交通大学地球科学与环境工程学院, 成都 611756) ( 2013 年11 月27 日收到; 2014 年1 月13 日收到修改稿) 利用GOCE 卫星观测数据确定全球静态重力场是当前大地测量学的研究热点. 本文联合2011-02-28 至2012-03-05 共12 个月的GOCE 卫星轨道和梯度数据采用直接法恢复了210 阶次的重力场模型SWJTU- GO01S, 利用零相位的有限脉冲带通数字滤波器对GOCE 梯度数据进行滤波处理, 直接在梯度仪坐标系中建 立梯度观测方程, 避免了坐标转换过程中高精度梯度观测分量精度的损失; 采用短弧积分法处理轨道数据, 并 利用方差分量估计确定联合解的最优权, Kuala 正则化方法用于处理数据极空白问题. 基于EGM2008 模型和 北美地区的GPS 水准观测数据, 对SWJTU-GO01S 模型进行内外符合精度分析, 结果表明: SWJTU-GO01S 模型在210 阶次的大地水准面误差和累计误差分别为2.1 cm 和13.7 cm, 整体上优于欧空局公布的第二代时 域法和空域法模型的精度, 在150 阶以后优于ITG-GRACE2010S 的精度; 本文的研究为进一步联合多类卫星 观测数据恢复重力场模型提供参考. 关键词: GOCE 卫星, 地球重力场模型, 方差分量估计, 正则化 PACS: 91.10.–v, 91.10.Qm, 91.10.Fc, 91.30.Ab DOI: 10.7498/aps.63.099101 目前, 多个研究机构和众多学者针对GOCE 1 引 言 3 重力场模型的恢复展开了卓有成效的研究 . 由 于GOCE 卫星梯度仪自身的缺陷, 导致梯度观测 2009 年3 月17 日成功发射的GOCE (Gravity 数据包含粗差和大量的噪声, Bruinsma, Pail 和 field and steady-state Ocean Circulation Explor- Migliaccio 等分别采用不同的方法处理了GOCE 观 er) 卫星是第一颗将高低卫星跟踪卫星技术和重 测数据并恢复了相应的重力场模型8−10 ; Kern 等 力梯度技术相结合的重力卫星, 其目的主要是 详细分析了GOCE 观测数据的粗差探测方法11 ; 恢复高精度、高分辨率的全球静态重力场和探测 12 万晓云等对梯度数据滤波处理进行了详细分析 . 静态海洋环流, 其预期目标是在空间分辨率优 于100 km 的尺度上测定重力异常的精度优于1—2 为了满足卫星星载仪器的供电要求, GOCE 卫星 2 的轨道被设计成倾角约为96.7◦ 的近圆形太阳同 mGal (1 Gal 1 cms ), 大地水准面的精度优于 1