不同于當(dāng)前廣泛使用的空域法、時域法、直接解法,本文嘗試采用Torus方法處理GOCE實測數(shù)據(jù),利用71 d的GOCE衛(wèi)星引力梯度數(shù)據(jù)反演了200階次GOCE地球重力場模型,實現(xiàn)了對參考模型的精化。首先,采用Butterworth零相移濾波方法加移去—恢復(fù)技術(shù),處理引力梯度觀測值中的有色噪聲,并利用泰勒級數(shù)展開和Kriging方法對GOCE衛(wèi)星引力梯度數(shù)據(jù)進行歸算和格網(wǎng)化,計算得到了名義軌道上格網(wǎng)點處的引力梯度數(shù)據(jù)。然后,利用2D-FFT技術(shù)和塊對角最小二乘方法處理名義軌道上數(shù)據(jù),獲得了200階次的GOCE地球重力場模型GOCE_Torus。利用中國和美國的GPS/水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行外部檢核結(jié)果說明,GOCE_Torus與ESA發(fā)布的同期模型的精度相當(dāng);GOCE_Torus模型與200階次的EGM2008模型相比,在美國區(qū)域精度相當(dāng),但在中國區(qū)域精度提高了4.6 cm,這充分體現(xiàn)了GOCE衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)對地面重力稀疏區(qū)的貢獻。Torus方法擁有快速高精度反演衛(wèi)星重力場模型的優(yōu)勢,可以在重力梯度衛(wèi)星的設(shè)計、誤差分析及在軌快速評估等方面得到... 

【文章來源】：測繪學(xué)報. 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

Torus方法精化GOCE地球重力場模型的主要流程

以利用EGM2008模型(前250階次的系數(shù))模擬的衛(wèi)星引力梯度值為準(zhǔn)確信號(圖2)分析了2009年11月1日—2009年11月10日GRF下GOCE衛(wèi)星引力梯度數(shù)據(jù)的精度,如圖3所示。低頻部分(約5 mHz以內(nèi)),觀測值誤差為有色噪聲,隨著頻率的降低,誤差迅速增大,呈現(xiàn)1/f的變化特點;5～200 mHz測量帶寬內(nèi),誤差近似白噪聲,Vxy和Vyz精度較差,噪聲水平在幾百mE的量級,遠大于信號,另外4個分量的精度較高,Vxx和Vyy的噪聲水平約10 mE,Vzz、Vxz的噪聲水平約20 mE,大于GOCE衛(wèi)星的設(shè)計指標(biāo)5 mE,相比圖2中相應(yīng)分量信號的大小,Vxz的信噪比較低;高頻部分(>200 mHz),誤差表現(xiàn)為有色噪聲。Torus方法要求使用LORF下的衛(wèi)星引力梯度值,直接將GRF下的衛(wèi)星引力梯度觀測值轉(zhuǎn)換至LORF下,精度較差的Vxy和Vyz分量會影響其他分量的精度,且低頻有色噪聲可能會泄露到測量帶寬內(nèi)的信號中[16-17],因此在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換之前,需要對GRF下的引力梯度觀測值進行處理。本文利用EGM2008模型前250階次的系數(shù)計算GRF下的引力梯度值,替換觀測精度較低的分量Vxy和Vyz;對于其他4個分量中有色噪聲的濾波方法,根據(jù)GOCE衛(wèi)星引力梯度觀測值中噪聲的特性,本文采用帶通濾波器,并設(shè)計了無限長單位脈沖響應(yīng)(infinite impulse response,IIR)帶通濾波器和有限長單位脈沖響應(yīng)(finite impulse response,FIR)帶通濾波器。對IIR帶通濾波器,分別比較了Butterworth、Chebyshev TypeⅠ、Chebyshev Type Ⅱ和Elliptic等不同濾波器原型的濾波效果;對FIR帶通濾波器,分別比較了Kaiser、Hamming、Gaussian、Chebyshev、Blackman、Blackman-Harris等不同濾波器原型的濾波效果。為提高濾波的精度,采用移去—恢復(fù)策略,為消除相移的影響,對數(shù)據(jù)進行了零相移濾波。結(jié)果表明,采用Butterworth零相移濾波和移去—恢復(fù)技術(shù)對低頻、高頻部分的噪聲都具有良好的抑制效果[18],GRF下Vxx、Vyy、Vzz和Vxz分量觀測值殘差的濾波結(jié)果見圖4。

因在地球重力場反演中引力梯度分量Vzz的影響較大,故以該分量為例,利用無噪聲的模擬衛(wèi)星引力梯度數(shù)據(jù)分析了顧及移去—恢復(fù)技術(shù)的Kriging方法的格網(wǎng)化效果[12],結(jié)果表明該方法的格網(wǎng)化誤差在0.110 mE以內(nèi),遠小于GOCE實測引力梯度觀測值中的噪聲水平,所以本文利用顧及移去—恢復(fù)技術(shù)的Kriging方法(EGM2008前200階次系數(shù)作為參考模型)進行格網(wǎng)化,得到名義軌道格網(wǎng)上的引力梯度殘差。對引力梯度殘差格網(wǎng)進行球諧分析,利用式(1)和式(2)計算球諧系數(shù)改正值,結(jié)合參考模型得到高精度GOCE地球重力場模型。圖4 GRF下Vxx、Vyy、Vzz和Vxz分量殘差的Butterworth零相移濾波效果

【參考文獻】：
期刊論文
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