超高阶地球重力场模型构建.pdf

学号: 20920103003
论文密级: 公开
中图分类号: P223
学科分类号:
学校代码: 90005



硕士学位论文

超高阶地球重力场模型的构建


论文作者: 李新星
指导教师: 吴晓平教授
申请学位: 工学硕士
学科名称: 大地测量学与测量工程
研究方向: 物理大地测量
论文提交日期: 2013 年 4 月 15 日
论文答辩日期: 2013 年 6 月 18 日


解放军信息工程大学地理空间信息学院

二○一三年四月
A Dissertation Submitted to
PLA Information Engineering University
for the Degree of Master of Engineering



Building of an Ultra-high-degree
Geopotential Model




:
Candidate Xin-xing Li
:
Supervisor Prof. Wu Xiao-ping








Apr. 2013
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尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表和撰写
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料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并标示谢
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学位论文题目: 超高阶地球重力场模型的构建
学位论文作者签名: 日期: 年月日
作者指导教师签名: 日期: 年月日


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学位论文题目: 超高阶地球重力场模型的构建
学位论文作者签名: 日期: 年月日
作者指导教师签名: 日期: 年月日
保密级别: 保密年限: 年月至年月
摘要
随着卫星重力的快速发展,其确定的中低阶模型的精度不断提高,再加上全球高分辨
率数据的逐步完善,使得所能构建的地球重力场模型阶数不断增加,目前国际上已有的最
通用、精度最好的 EGM2008 模型达到 2190 阶 2159 次的水平,我国急需构建属于自己的
高精度全球超高阶地球重力场模型,本文主要研究了重力场模型的构建方法,并利用我国
独立生成的全球重力格网数据解算出一精度与 EGM2008 相当的超高阶地球重力场模型,
作者在文中所做的主要工作和创新点有:
1、总结推导了地球重力场模型构建的基本理论和公式,简要介绍了获得全球格网平
均重力异常数据的生成过程;
2、通过计算比较,分析了 Legendre 函数递推的精度及其效率问题,并针对高纬度地
区 Legendre 溢出的问题作了分析计算,得到了比较好的解决,对于 Legendre 函数积分值
的递推,比较了向前和向后递推方法,得出使用向前递推完全能够满足精度要求的结论;
3、推导了 FFT 方法在使用数值积分方法构建地球重力场模型以及在模型重力异常计
算中的应用,通过与传统方法比对计算时间和计算结果,FFT 方法在不损失精度的情况下,
计算效率明显提高;
4、总结了重力场模型位系数的求解方法,对各种方法的优劣性进行了分析,尤其详
细总结了块对角最小二乘方法在 EGM96 和 EGM2008 构建中的应用,指出了使用最小二乘
方法构建重力场模型这一趋势,为我国今后构建自己高精度的超高阶地球重力场模型起到
一定得借鉴作用;
5、采用谱权组合的方法,对地面数据构建的模型位系数和卫星模型位系数进行了联
合,解决了使用卫星模型系数直接替代地面数据计算的模型低阶部分而出现的阶方差和误
差阶 RMS 曲线不光滑的现象,实现了两种模型位系数的融合;
6、本文使用自主构建的全球55格网平均重力异常,经过格网数据坐标系的转换、
椭球谐分析下的轮胎调和、椭球谐系数与球谐系数的转换、椭球改正以及谱权组合或直接
替代两种方式联合 Eigen06S 卫星重力场模型,构建了一个相对独立的超高阶地球重力场模
型 CS