[发明专利]全球重力场模型反演方法

摘要

本发明公开了一种全球重力场模型反演方法，包括步骤1：采集低轨重力卫星数据并进行预处理；步骤2：通过数值微分计算纯地球引力加速度观测值；步骤3：观测值定权策略构造新的观测方程；步骤4：参数估计得到地球重力场模型位系数。本发明基于参考模型的加速度域残差分析，直接采用自相关序列作为基本元素来构造对称Toeplitz协方差阵，可以有效避免由轨道先验稠密阵经误差传播定律计算加速度值协方差阵时高维大型矩阵的复杂运算过程，减少定权耗时，从而提高重力场模型解算效率。相较于经典方法，本发明提出的算法操作简洁高效，而且整体上能够保证重力场模型反演计算的效率稳定可靠。

主权项

1.一种全球重力场模型反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集低轨重力卫星数据并进行预处理；步骤2：数值微分计算采用移动中心窗口多项式微分法进行微分计算，并在此基础上扩展微分滤波器，抑制高频噪声的放大影响；根据步骤1的预处理结果和摄动力建模计算各项摄动加速度，同时基于星载加速度计确定非保守力；将载体运动加速度减去除地球引力外的保守力摄动加速度和非保守力摄动加速度，得到纯地球引力加速度观测值；步骤3：观测值定权策略引入参考重力场模型仿真模拟重力加速度，对其进行坐标变换旋转到惯性系下的重力加速度模拟值；将纯地球引力加速度观测值与重力加速度模拟值作粗差探测进行数理统计确定阈值，进而剔除超出阈值的信号；利用残差分析确定纯地球引力加速度观测值自相关序列，并将其视作基本元素，以此构造观测值自协方差阵；针对观测值有色噪声特性，对其观测值协方差阵Q进行Cholesky分解Q＝U^TU,令F＝(U^T)^‑1则重新构造新的观测方程y^*＝B^*x+Δ^*，使新的观测值y^*＝Fy满足白噪声特性Q_y*＝E，继而通过经典最小二乘准则解算位系数来提高计算效率；其中U和F分别是观测值协方差阵Q的乔列斯基分解矩阵；y*、B*和Δ^*分别表示新的观测值、设计阵和噪声；Q_y*表示新观测值的协方差阵，E为单位阵；步骤4：参数估计针对海量卫星观测数据，实际处理时将整个观测数据分割成若干短弧段分配线程，通过各个线程协同分别计算各弧段对应设计矩阵B_i和观测量y_i，组成若干观测方程y_i＝B_ix+Δ_i，经步骤3形成新的观测方程据此建立各弧段法方程组基于并行算法采用多线程同时计算各弧段法方程阵和继而对各弧段的法方程阵进行叠加以减少矩阵的存储空间，缩减计算耗时；顾及位系数以次为主的顺序排列方式具有块对角占优的特性，采用所述参考重力场模型进行移去‑恢复技术，利用最小二乘平差最终解算得到地球重力场模型位系数。