衛(wèi)星重力測量解析誤差分析法.pdf

1、衛(wèi)星重力測量技術(shù)被公認(rèn)為是探測和研究全球重力場最有效且極具發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ?。自進(jìn)入21世紀(jì)以來,基于衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)的CHAMP和GRACE以及基于衛(wèi)星重力梯度技術(shù)的GOCE重力衛(wèi)星計(jì)劃相繼成功實(shí)施,使得人們得以獲取高精度和高分辨率的全球重力場信息,進(jìn)一步提高了對全球物質(zhì)分布、物質(zhì)轉(zhuǎn)移交換和地球內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)等科學(xué)問題的認(rèn)識水平。為了研究衛(wèi)星重力測量計(jì)劃中指標(biāo)參數(shù)與科學(xué)目標(biāo)之間的關(guān)系和評估各種噪聲對恢復(fù)重力場精度的影響,傳統(tǒng)研究方法一般

2、是將重力觀測值作為位置或者時(shí)間的函數(shù),在此基礎(chǔ)上利用最小二乘法進(jìn)行相關(guān)的誤差分析。最小二乘誤差分析方法從數(shù)值的角度間接地進(jìn)行評估參數(shù)的影響,難以直接評估某些單一參數(shù)的影響,而且隨著解算模型的分辨率越來越高和階數(shù)越來越大,計(jì)算量急劇增長并帶來嚴(yán)重的數(shù)值不穩(wěn)定性問題。
　　為了快速評估和確定衛(wèi)星重力測量計(jì)劃有關(guān)參數(shù),以及評估不同類型載荷噪聲的影響,根據(jù)儀器功率譜密度和重力位系數(shù)階方差的定義,建立了衛(wèi)星重力梯度測量噪聲與恢復(fù)重力場模型精

3、度的直接對應(yīng)關(guān)系。利用二維傅立葉變換性質(zhì)、二維采樣定理和相應(yīng)的調(diào)制理論,進(jìn)一步推導(dǎo)出了衛(wèi)星重力測量結(jié)果中所含二維空間信號與觀測值的一維時(shí)間頻率的聯(lián)系,從而可以解析地評估衛(wèi)星重力測量中色噪聲的影響。利用此關(guān)系,首先討論分析了白噪聲模型下衛(wèi)星重力測量技術(shù)中測量噪聲、衛(wèi)星軌道高度及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)對重力場恢復(fù)精度的影響。接著分析了色噪聲對恢復(fù)重力場模型精度的影響,結(jié)果表明低頻的噪聲在整個(gè)頻帶上都對恢復(fù)重力場位系數(shù)有影響?？紤]到實(shí)際測量噪聲為色噪

4、聲的情況下,如果不采取濾波措施,低頻處的1/f噪聲將較大地影響恢復(fù)重力場的空間分辨率和精度。但是,在使用濾波器后低頻噪聲得到抑制的同時(shí),重力場信號每一階所含有的低頻信息也被抑制,可能使得單獨(dú)使用梯度觀測值恢復(fù)重力場模型系數(shù)時(shí)產(chǎn)生失真。
　　此外,根據(jù)高低衛(wèi)—衛(wèi)跟蹤測量原理并結(jié)合線性擾動理論和控制理論,我們建立起了高低衛(wèi)—衛(wèi)跟蹤測量噪聲功率譜與重力場恢復(fù)精度之間的解析表達(dá)式,并在此基礎(chǔ)上分析討論了高低衛(wèi)—衛(wèi)跟蹤中GPS定位誤差和靜電

5、懸浮加速度計(jì)測量噪聲對所恢復(fù)重力場精度的影響。結(jié)果表明目前高低衛(wèi)—衛(wèi)跟蹤得到的地球重力場精度主要受限于GPS的測量精度。
　　為了獲取高精度的月球引力場模型,開展了月球衛(wèi)星引力梯度測量方案的研究。月球引力梯度測量不僅有利于恢復(fù)月球引力場的中短波分量信息,而且還有利于消除探月衛(wèi)星受到的非保守力的影響,可望利用運(yùn)行在軌道高度為20km的極圓軌道上、梯度測量水平為30mE/Hz1/2的重力梯度衛(wèi)星,在半波長為7km的空間分辨率上,確定月