广义“一步法”研究及其在卫星重力测量中的应用关键技术

The generalised one step method in the processing of modern satellite gravimetry data (hereinafter referred to as one-step method) can simultaneously accomplish the determination of precise satellite orbit, ground tracking station coordinates, gravity field model and other various types of parametes. It is a strict theory on the joint processing of satellite gravimetry data. Therefore, the research on the one step method and the development of its software are important for the satellite gravity missions. Presently, it is still in the infancy status in this field in China. This project aims at the existing achievements internationally and puts forward that based on the existing work (1) the theory and method of establishing a unified observational model of various measurements, and overcomes the key technologies such as the refinement of data processing and high performance computing. (2) Independently build a one step software platform. (3) Build a static satellite gravity field model with high accuracy based on the mission data including the ground-based and satellite-based range observations and the satellite-to-satellite range rate. It is expected to further improve the distribution of research directions in the field of satellite gravity data processing, narrow the gap with the international advanced level on the one step method and achieve independent innovations in some technologies. Expected results may provide methods and platform support for the design of satellite gravity mission and the processing of its data.

现代卫星重力数据处理中的广义“一步法”（后文简称一步法），可同时完成卫星精密定轨、地面跟踪站坐标确定、重力场模型建模以及其它多种类型参数的求解，是联合多源卫星重力观测数据实施整体解算的严密理论。因此，一步法研究及其软件平台研制是卫星重力测量数据处理与分析领域的重要基础，我国目前在此领域还处于起步阶段。本项目瞄准国际上一步法领域已有成果，提出在已有工作基础上（1）研究建立多种测量数据统一观测模型的理论与方法，攻克精细化数据处理与高性能计算等实现关键技术；（2）自主构建一步法软件平台；（3）综合地基、星基距离观测以及星间距离变率等观测数据，建立高精度静态卫星重力场模型。项目有望进一步完善我国在卫星重力测量数据处理领域研究方向的分布，在一步法领域缩小与国际先进水平差距，并在部分技术上实现自主创新。预期成果可为重力卫星任务设计以及实测数据处理提供方法与平台支撑。

现代卫星重力测量数据处理主要采用分步策略，降低问题复杂度，从而影响了方法的严密性与成果之间的一致性。广义“一步法”同时完成卫星精密定轨、跟踪站坐标确定、重力场模型建模以及其它多种类型参数的求解，是联合多源卫星重力观测数据整体解算的严密方法。课题组瞄准这一前沿问题，提出了广义“一步法”方法及实现方案，核心可概括为：将卫星与卫星、卫星与地面站间的观测表达为卫星/测站坐标的泛函，建立统一的观测模型。利用八个属性实现所有参数的统一描述，建立统一的参数空间。在已有工作基础上，独立建立了“一步法”软件平台，并结合卫星实测数据开展了研究。1、丰富和发展了星载梯度仪校准方法，提高了卫星重力梯度数据预处理质量。2、采用自研平台成功处理了近十年（2010-2020）的LAGEOS 双星数据。地心运动与地球重力场J2项均达到了国际同类水平，且本课题获得的地心运动长期速率与地球物理模型结果更一致，为后续开展 SLR 研究及其科学解释展示了良好前景。3、基于时变卫星重力场模型，独立提出了以降水和温度为驱动的统计模型，实现了长时间序列水储量异常的重建，国际上首次基于统计模型恢复了水储量异常序列中的季节信号。4、实现了地面跟踪站、重力卫星与导航卫星星座数据的整体处理，相关成果正在整理之中，将继续标注为课题成果。课题组完成了原定的各项研究，广义“一步法”平台有望在多源卫星大地测量数据综合分析及其地学解释、下一代空间基准建设等方面逐步发挥基础作用。

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