卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及确定系统。确定方法包括：对卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；对沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度数据，建立其全张量表达式；对格网点值扰动引力梯度数据进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度数据，建立其全张量表达式；根据格网均值扰动引力梯度数据及其全张量表达式恢复地球重力场。本发明专利技术提供的确定方法及确定系统，能够充分挖掘各类观测数据包含的重力场信息，充分利用各类观测信息最大限度地恢复地球重力场，从而获取更加精确的地球重力场模型，为格网均值扰动引力梯度全张量数据联合反演提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及系统
本专利技术涉及物理大地测量学领域，特别是涉及一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及系统。
技术介绍
当代物理大地测量学领域，构建重力场模型依然是研究热点。球谐函数在重力场模型构建过程中具有举足轻重的作用，地球重力场中各元素可以用球谐函数的级数形式来表达，以此建立起观测量与表征地球重力场信息的球谐系数(或椭球谐系数)的联系，通过重力场反演技术建立法方程，求解得到重力场模型。卫星重力梯度测量数据可以用于重力场模型的构建，由于格网数据形成的法方程具有块对角结构，能够显著减少内存和时间消耗，特别对于海量的卫星重力梯度测量数据效果更明显。在构建重力场模型之前，首先，需要将沿轨扰动引力梯度数据转化为格网均值扰动引力梯度数据，然后，利用球谐函数积分式建立格网均值扰动引力梯度全张量表达式。目前，现有面球函数积分式只能用于建立部分扰动引力梯度分量的表达式，不能充分利用所有观测信息，无法获得更准确的地球重力场模型。因此，有必要研究重力梯度全张量联合反演地球重力场的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及确定系统，能够充分利用所有观测信息，获得更准确的地球重力场模型，为格网均值扰动引力梯度全张量联合反演提供技术支撑。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法，所述确定方法包括：获取卫星重力梯度测量数据；对所述卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度全张量；对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度全张量；根据所述格网均值扰动引力梯度全张量恢复地球重力场。可选的，所述预处理具体包括：粗差剔除处理、坐标变换处理和正常场改正处理。可选的，所述对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理具体包括：以格网计算点为中心，确定搜索半径范围内的沿轨扰动引力梯度数据；利用扰动引力梯度水平变化率和扰动引力梯度垂直变化率将所述沿轨扰动引力梯度数据归算到格网计算点；按各个所述计算点的贡献程度确定各个所述计算点的权值；根据各个所述权值确定格网点值扰动引力梯度数据。可选的，所述格网点值扰动引力梯度全张量的表达式为：其中，Tpq(pq＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′)为格网点值扰动引力梯度数据的分量，x′、y′、z′为局部指北坐标系坐标，GM为地心引力常数，a为正常椭球长半轴，和为完全规格化地球引力位系数，n为阶数，m为次数，nmax为最大阶数，r、θ、λ为计算点的球坐标，r为计算点的地心向径，θ为计算点的余纬，λ为计算点的经度，为完全规格化缔合勒让德组合函数，x＝cosθ。可选的，所述对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理具体包括：对所述格网点值重力梯度数据进行辛普森插值处理，获得插值多项式；沿经度和纬度方向对所述插值多项式进行积分，获得积分多项式；利用所述积分多项式对所述格网点值重力梯度数据进行积分，获得格网均值重力梯度数据。可选的，所述格网均值扰动引力梯度全张量的表达式为：其中，为格网均值扰动引力梯度数据的分量，x′、y′、z′为局部指北坐标系坐标，GM为地心引力常数，a为正常椭球长半轴，和为完全规格化地球引力位系数，n为阶数，m为次数，nmax为最大阶数，r、θ、λ为计算点的球坐标，r为地心向径，θ为余纬，λ为经度，βm为平滑因子，为完全规格化缔合勒让德组合函数的定积分，x1＝cos(θ-Δθ/2)，x2＝cos(θ+Δθ/2)，Δθ为格网数据余纬方向的分辨率。可选的，所述根据所述格网均值扰动引力梯度全张量恢复地球重力场具体包括：根据所述格网均值扰动引力梯度全张量构建地球重力全张量观测方程，所述地球重力全张量观测方程为：AiX＝Li+εi，其中，(i＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′)，Ai为位系数矩阵，X为位系数参数向量，εi为观测误差向量，Li为格网均值扰动引力梯度数据的分量；根据所述地球重力全张量观测方程构建全张量误差方程，所述全张量误差方程为：Aix＝li+Vi，其中，i＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′，x＝X-X0，li＝Li-AiX0，Ai为位系数矩阵，x为位系数的平差改正量，X0为位系数参数向量的估计值，li为格网均值扰动引力梯度数据的分量的残差向量，Vi为Li的平差改正数向量；根据所述全张量误差方程构建全张量法方程，所述全张量法方程：Nix＝Bi，i＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′，其中，Ni为法方程矩阵，Pi为格网均值扰动引力梯度数据的分量的权阵，Bi为法方程右向量；根据所述全张量法方程恢复地球重力场，其中，位系数参数向量为：其中，i＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′，为法方程矩阵Ni的逆矩阵，σi为全张量法方程的权重。一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定系统，所述确定系统包括：测量数据获取模块，用于获取卫星重力梯度测量数据；预处理模块，用于对所述卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；格网化处理模块，用于对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度全张量；积分处理模块，用于对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度全张量；地球重力场恢复模块，用于根据所述格网均值扰动引力梯度全张量恢复地球重力场。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及确定系统，根据格网均值扰动引力梯度数据及其全张量表达式进行重力场反演，能够充分挖掘各类观测数据包含的重力场信息，充分利用各类观测数据最大限度地恢复地球重力场，从而获取更精确的地球重力场模型，为格网均值扰动引力梯度全张量联合反演提供了技术支撑，具有重要的理论和实际应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1提供的卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法的流程图；图2为本专利技术实施例2提供的卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定系统的结构框图；图3为本专利技术实施例3提供的利用卫星重力梯度测量数据进行全张量地球重力场反演的流程图；图4为本专利技术实施例3提供的建立格网均值扰动引力梯度全张量表达式的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法及确定系统，能够充分利用所有观测信息，获得更准确的地球重力场模型，为格网均值扰动引力梯度全张量联合反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取卫星重力梯度测量数据；对所述卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度全张量；对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度全张量；根据所述格网均值扰动引力梯度全张量恢复地球重力场。

【技术特征摘要】
1.一种卫星重力梯度全张量恢复地球重力场的确定方法，其特征在于，所述确定方法包括：获取卫星重力梯度测量数据；对所述卫星重力梯度测量数据进行预处理，获得沿轨扰动引力梯度数据；对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理，获得格网点值扰动引力梯度全张量；对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理，获得格网均值扰动引力梯度全张量；根据所述格网均值扰动引力梯度全张量恢复地球重力场。2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述预处理具体包括：粗差剔除处理、坐标变换处理和正常场改正处理。3.根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于，所述对所述沿轨扰动引力梯度数据进行格网化处理具体包括：以格网计算点为中心，确定搜索半径范围内的沿轨扰动引力梯度数据；利用扰动引力梯度水平变化率和扰动引力梯度垂直变化率将所述沿轨扰动引力梯度数据归算到格网计算点；按各个所述计算点的贡献程度确定各个所述计算点的权值；根据各个所述权值确定格网点值扰动引力梯度数据。4.根据权利要求3所述的确定方法，其特征在于，所述格网点值扰动引力梯度全张量的表达式为：其中，Tpq(pq＝x′x′,y′y′,z′z′,x′y′,x′z′,y′z′)为格网点值扰动引力梯度数据的分量，x′、y′、z′为局部指北坐标系坐标，GM为地心引力常数，a为正常椭球长半轴，和为完全规格化地球引力位系数，n为阶数，m为次数，nmax为最大阶数，r、θ、λ为计算点的球坐标，r为计算点的地心向径，θ为计算点的余纬，λ为计算点的经度，为完全规格化缔合勒让德组合函数，x＝cosθ。5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于，所述对所述格网点值扰动引力梯度全张量进行积分处理具体包括：对所述格网点值重力梯度数据进行辛普森插值处理，获得插值多项式；沿经度和纬度方向对所述插值多项式进行积分，获得积分多项式；利用所述积分多项式对所述格网点值重力梯度数据进行积分，获得格网均值重力梯度数据。6.根据权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述格网均值扰动引力梯度全张量的表达式为：其中，为格网均值扰动引力梯度数据的分量，x′、y′、z′为局部指北坐标系坐标，GM为地心引力常数，a为正常椭球长半轴，和为完全规格化地球引力位系数，n...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云，王云鹏，宋勇，吴凌根，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一五四零部队，
类型：发明
国别省市：陕西,61