利用引力梯度不变量处理GOCE卫星数据的理论与方法

项目是使用引力梯度不变量去处理GOCE数据，主要内容涉及：1.完整建立引力梯度不变量理论，即：在卫星轨道上给出扰动位的相应边界条件，其形式可表达为二阶经向导数条件，由此能方便地利用GOCE梯度观测数据去恢复地球引力位系数。2.对建立的不变量理论作全面的精度分析和数值模拟试验，以保证建立的理论适应GOCE观测精度的要求。3.建立以边值问题为主线的解算引力位系数的方法，具体涉及到轨道面上引力梯度的值到轨道平均球面上的归算、以及球谐调和分析等，使用边值问题的优点在于引力位系数是分离的，从而避免了大型方程组的求解。4.研制完成能自动读入GOCE数据、基于不变量理论解算、输出地球引力位系数的软件，最终提供独立的GOCE重力场模型的软件系统。由于GOCE卫星数据预计将于2010年5月能发布，而引力梯度不变量方法是全新的处理GOCE数据的方法，所以期待着在GOCE数据处理上有较大的突破。

项目能够按照研究计划进行实施，完成了项目开始设计的研究工作。总体来说，以引力梯度不变量为基础，建立起了整套的处理GOCE引力梯度观测数据的方法，并使用实际GOCE引力梯度观测数据恢复了相应的重力场模型，其结果与欧空局推荐的主流方法而得的模型精度基本一致，尤其在中高阶次（例如80阶次以后）上我们得到的模型似乎精度更好一些。下面简要叙述利用引力梯度不变量来处理GOCE数据的过程。. 我们引入了有限响应脉冲滤波方法（FIR）和平稳时间序列的改进Durbin-Levision算法（IDL）来对原始数据进行了滤波，其中FIR主要是提取观测频段的有效信息，而IDL则是用来消除随机误差。对于非全张量观测问题，我们根据梯度仪坐标系的特点，即：第三轴的指向基本与地心径向一致，提出了计算不变量的算法，其中特别统计了第三轴的指向基本与地心径向的夹角，其值都小于1.5度。. 进行了上述处理后，利用球谐分析方法恢复了GOCE引力场模型。