GOCE观测数据确定地球重力场的理论与方法研究

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1、分类号:P2310710-2014026022博士学位论文GOCE观测数据确定地球重力场的理论与方法研究魏玉明导师姓名职称张永志教授申请学位类别博士学科专业名称大地测量与测量工程论文提交日期2018年4月30日论文答辩日期2018年6月4日学位授予单位长安大学TheoryandMethodsoftheEarth’sGravityFieldRecoveryfromGOCEDataADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：WeiYumingSupervisor：Prof.

2、ZhangYongzhiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要地球重力场的研究和探讨一直以来都是大地测量学研究的热点，国际上把卫星重力梯度测量技术（SGG）认为是现今恢复地球重力场的最有效手段之一。恢复高精度、高分辨率地球重力场模型离不开高质量的重力梯度测量数据和相关计算模型，本文在跟踪ESA公布的最新GOCE重力场模型基础上，结合GOCE卫星相关研究最新成果，系统研究了从GOCE重力梯度测量数据的预处理、恢复重力场的解算模型等相关技术以及GOCE重力场模型在高速铁路中的应用。本文的主要研究工作及结论如

3、下：1.总结了国内外重力梯度测量的研究现状，并分析了当前GOCE重力场模型及其应用中存在的一些问题。2.推导了梯度张量在球坐标系下的表达式及其Legendre函数导数的去奇异性公式；同时给出了卫星重力梯度测量的基本原理。3.为了讨论卫星重力梯度数据预处理相关问题，论文概略介绍了GOCE卫星科学任务计划的内容，在此基础上，讨论了梯度测量误差特征以及时变重力场效应对GOCE重力梯度测量的影响，并且讨论了粗差探测方法的实用性。4.在分析确定重力场模型的各种方法之后，重点讨论了最小二乘配置法用于梯度数据格网化中的方差-协方差函数以及信号

4、与误差权的选择问题，并且通过阶方差和外部检核方法讨论了重力场模型的模型精度。结果表明：直接法解算模型中的GO_CONS_GCF_2_DIR_R4和GO_CONS_GCF_2_DIR_R5模型精度明显高于前三代；时域法解算模型中，GO_CONS_GCF_2_TIM_R4模型和GO_CONS_GCF_2_TIM_R5精度相当，均高于前三代1个数量级；空域法解算模型中GO_CONS_GCF_2_SPW_R4精度最低，其它精度相当；EIGEN-6C4模型和EIGEN-6C2精度相当；对于同期而言，精度最高的是直接解模型，其次是时域解模型

5、，空域解是三种模型中最低的。5.借助于GPS水准测量和重力异常数据对模型及精度验证的基础上，讨论了GOCE重力场模型在高速铁路工程中的应用。本文研究的创新点为：1.将最小二乘配置法应用到重力梯度格网化过程中，分析了方差-协方差函数选取方法，并推导了最小二乘配置法在吉洪诺夫条件下的最小二乘解方程，对信噪比的选取作了初步讨论。2.首次对ESA发布的五代重力场模型（直接法、时域法和空域法解）分别从纵向、I横向作了模型精度的比较和分析，并作了内、外部符合精度的讨论，通过总结分析给出各代各解法的优缺点，以便于实际应用。3.借助于GPS水准

6、测量和重力异常数据对GOCE重力场模型作了验证，精度随着GOCE重力场模型阶数增加各模型精度均有所提高。4.在模型及精度验证的基础上，讨论了GOCE重力场模型在高速铁路工程中的应用。通过本文研究，以期对以后卫星重力测量在数据预处理、重力场模型建立等方面提供帮助。关键词：地球重力场，GOCE，卫星重力梯度测量，最小二乘配置法，模型精度IIABSTRACTTheearth’sgravityfieldisalwaysoneofahotstudyofmoderngeodesyresearchanddiscussion.Nowadays,

7、thesatellitegravitygradiometer(SGG)isconsideredtobeoneofthemosteffectivewaystorestoretheearth'sgravityfieldintheword.Therecoveryofearthgravityfieldmodelswithhighaccuracyandhighresolutioncannotbeseparatedfromhigh-qualitygravitygradientdataandrelatedcalculationmodels.O

8、nbasisoftrackingthelatestGOCEgravityfieldmodelreleasedbyESA,theGOCEgravitygradientmeasurementthataretherelevanttechnologyofreferenc