利用GOCE观测数据确定200阶高精度全球重力场模型的研究

预计于2009年3月实施的GOCE卫星任务将以前所未有的精度和100km分辨率恢复全球重力场，据此有望实现确定厘米级精度全球大地水准面的战略目标。本项目研究利用GOCE观测数据恢复200阶高精度全球重力场模型的相关理论、方法及关键技术，主要研究利用梯度观测数据恢复重力场的SA方法和空域最小二乘法。重点研究：GOCE观测数据预处理的方法、正则化方法在高阶重力场模型解算中的应用、最小二乘解算中梯度仪有色噪声的滤波方法、并行计算在空域最小二乘法求解卫星重力模型中的应用以及SGG和SST观测值的联合解算方法，研制具有自主版权和集成技术建立GOCE卫星重力模型功能完整的软件包，利用GOCE实测数据研制与国际上同类卫星重力模型精度水平相当的200阶全球重力场模型。项目研究成果可应用于精化我国区域重力场，推动大地测量学科的现代化发展，并在地球相关学科领域有广泛应用，具有重要的科学和现实意义。

2009年3月，采用卫星重力梯度测量技术的GOCE卫星发射升空，目的是在100km空间分辨率上恢复高精度全球重力场和大地水准面。本项目研究了利用GOCE观测数据恢复200阶高精度全球重力场模型的相关理论、方法及关键技术，主要研究成果包括：实现了GOCE观测数据预处理中时变重力梯度信号的改正；研究分析了几类正则化方法在高阶重力场模型解算的应用，探讨了几种不同正则化参数的确定方法；分析比较了梯度仪有色噪声的时域和频域滤波方法，利用数值分析对方法的有效性和效率进行了验证；研究了高阶次重力场模型的快速解算方法，主要是将预条件共轭梯度（PCCG）算法成功用于空域最小二乘方法中大型法方程的解算；研究了卫星重力梯度张量分量以及卫星跟踪卫星（SST）观测值的联合解算方法，重点研究了利用方差分量估计方法估计不同观测值的相对权；深入研究了利用卫星重力梯度观测数据恢复重力场的SA方法和空域最小二乘法，基于模拟数据对两种方法的可行性和有效性进行了验证；研制了具有自主版权和集成技术的GOCE卫星数据处理的软件系统；基于GOCE卫星61天重复周期等间隔采样的SGG观测数据，基于SA方法估计了240阶次的重力场模型，并成功估计了对角线分量的误差PSD，其可作为空域最小二乘法的先验误差模型；利用71天实测数据，基于空域最小二乘法求解了200阶次的GOCE卫星重力场模型WHUGO01S，其精度与ESA发布的由同期观测值采用时域法求解的GO_TIM_R1模型精度相当，两者大地水准面差异的RMS为5.4mm。该项目研究成果可应用于精化我国区域重力场，推动大地测量学科的现代化发展，并在地球相关学科领域有广泛应用，具有重要的科学和现实意义。项目全面的完成了预定研究内容和研究目标。