[发明专利]一种基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应的方法

说明书

本发明涉及一种基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应的方法，计算高精度的外部重力异常不可忽略中央区效应的问题，联合采用极坐标系下的平面近似转换和泰勒级数展开，基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应，能够有效的对外部重力异常中央区效应进行高精度计算，同时通过利用全球位模型建立的模拟标准场数据对本发明的解算结果进行了数值验证，证明了本发明的必要性和有效性，可广泛用于大地物理测量技术领域。

技术领域

本发明属于地理测量领域，尤其是一种基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应的方法。

背景技术

外部重力异常是为精密确定运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、导弹武器、航天飞机等航天器飞行轨迹提供重力异常场补偿的关键要件，也是为近地空间开展重力测量数据质量评估提供比对基准必不可少的基础信息。Poisson理论是计算外部重力异常的基础数学模型，在实际计算过程中，计算点在球面上的投影点及其邻近区域的中央区到计算点的理论距离接近于零，该网格数据块将会导致严重的奇异性问题；常用的处理方式是将其从积分域中直接扣除或者当作常值进行处理，以避免奇异影响。但是当网格数据块的面积较大且计算点周围的重力异常场变化比较剧烈时，这种处理方法也会给计算结果带来较大的误差。对于高精度要求的外部重力异常计算，这样的影响量不能忽略。但是目前对于外部重力异常尚未出现精度较高的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应的方法，能够有效的对外部重力异常中央区效应进行高精度计算。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于Poisson理论计算外部重力异常中央区效应的方法，包括以下步骤：

步骤1、基于Poisson理论计算外部重力异常Δg；

步骤2、采用极坐标系(s,α)对外部重力异常Δg中的积分核函数作平面近似处理；

步骤3、将重力异常Δg_q在空间计算点P的球面投影点Rp处展开为泰勒级数；

步骤4、根据与计算点重合的数据格网(i,j)，计算重力异常北向分量二阶梯度g_xx和重力异常东向分量二阶梯度g_yy；

步骤5、将重力异常北向分量二阶梯度g_xx和重力异常东向分量二阶梯度g_yy代入重力异常Δg_q在空间计算点P的球面投影点Rp处展开的泰勒级数，得到外部重力异常中央区效应Δg₀。

而且，所述步骤1的具体实现方法为：

其中，Δg为计算点重力异常；Δg_q为球面上流动点处的已知观测重力异常；R为地球椭球平均半径；r为计算点地心向径；为计算点的纬度和经度；为流动点的纬度和经度；σ为单位球面；dσ为单位球面的面积元；ψ为计算点至流动点之间的球面角距；l为计算点至流动点之间的空间距离；K(r,ψ)为积分核函数。

而且，所述步骤2的具体实现方法为：

R²dσ≈sdsdα

与计算点重合数据块的积分式为：

其中，h为计算点距离地球表面的高度，h＝r-R；Δg₀为外部重力异常中央区效应；s₀是数据网格大小的一半。