联合GOCE和GRACE观测数据确定高精度卫星重力场模型的研究

GOCE和GRACE卫星重力数据具有不同的观测精度并反映了重力场不同的频谱特性，联合这两类观测数据可确定高精度高阶次的卫星重力场模型。本项目针对GOCE和GRACE数据的联合处理问题，系统研究多种卫星重力数据融合处理的理论与方法，研制具有自主知识产权的卫星重力数据融合处理软件，并应用于确定高精度GOCE和GRACE联合重力场模型。项目主要研究工作及成果包括：（1）研究了卫星重力梯度数据的粗差探测、外部校准和有色噪声滤波等预处理方法，可为卫星重力场模型反演提供高质量的卫星重力梯度数据。（2）建立了最小二乘法直接求解高阶次重力场模型的OpenMP并行算法，实现了高阶稠密对称正定矩阵的MPI并行求逆算法，提高了卫星重力场反演的效率。（3）基于赫尔默特方差分量估计，论证了附加权比联合反演目标函数的合理性，提出了联合处理的序贯算法。（4）研究了GOCE SST-HL重力场反演的加速度法，提出了抑制卫星加速度高频误差的去相关滤波方法和数据处理方案。（5）研究了GOCE SGG重力场反演的不变量最小二乘法和空域最小二乘法的严密解算模型，给出了有色噪声滤波和病态法方程正则化等关键问题的解决方案。（6）研究了联合GOCE SST-HL和SGG数据严密求解重力场、以及联合GOCE SGG和GRACE SST-LL数据严密求解重力场的联合平差解法，探讨了方差分量估计和参数协方差法对观测值最优加权的适用性。（7）研究了联合高低卫-卫跟踪和重力梯度数据反演重力场的谱组合法，建立了卫星轨道面扰动位和径向重力梯度、以及扰动位和重力梯度分量组合的谱组合计算模型与误差估计公式。（8）建立了基于卫星重力场模型位系数误差阶方差定权、误差方差定权和块对角误差协方差定权的谱组合方法，其中基于块对角误差协方差定权的谱组合相对最优，它考虑了同次位系数之间的相关性。（9）研制了具有自主知识产权的卫星重力数据融合处理软件，基于联合平差和谱组合方法反演得到一系列GOCE模型及GOCE和GRACE联合模型。其中，基于联合平差反演的210阶次GOCE和GRACE联合模型WHU_GOGR01S，其整体精度优于ESA采用同期数据求解的GOCE时域解、空域解和GOCO01S联合解。研究成果丰富了卫星重力数据融合处理方法，可为我国自主的重力卫星数据处理提供技术支持和有关应用保障。