低轨卫星在轨飞行时所受的非保守力包括大气阻力、太阳光压和地球反照辐射压等，其中大气阻力与卫星飞行高度的大气密度密切相关，对卫星轨道摄动影响最大。在星载加速度仪上天以前，人类主要通过观测卫星轨道衰减或利用星载质谱仪获取大气密度，因此存在数据质量不均一且地理和时间覆盖有限等问题。星载加速度仪由于可以直接测量出卫星所受的非保守力加速度，借助太阳辐射压模型和地球反照辐射压模型，就可以分离得到大气阻力加速度，继而可导出大气密度，为评定和改善现有大气模型提供了必要的直接数据。本文利用GPS观测数据对GRACE星载加速度仪资料进行标定改正，探讨分离不同类型非保守力加速度，并在此基础上提取卫星飞行高度的大气密度，具体内容包括以下几个方面:　　1)简述了大气密度的研究意义，回顾了相关研究的进展与现状，比较了大气密度的各类提取方法的优点与不足，分析利用星载加速度仪资料提取大气密度的优势。　　2)开发了一套具备星载GPS数据处理、卫星初始轨道确定、低轨卫星动力学精密定轨、星载加速度仪标定、非保守力摄动分析以及大气密度提取等功能的软件。　　3)为获得精确的卫星非保守力加速度，必须对加速度仪观测资料进行标定改正。利用所开发的定轨软件，使用加速度仪观测值计算非保守力加速度，将加速度仪的平移因子作为未知参数，并以24小时为弧段，对2008年7月共31天的GRACE-A卫星数据进行GPS动力学精密定轨。试验结果表明加速度仪切向平移因子十分稳定，在一个月内的变化很小，但径向与法向平移因子波动较大，且在此模式下改变重力场模型或定轨弧长对切向平移因子的影响同样很小。比较定轨结果与标准轨道间的差异，切向、径向与法向的RMS值分别为8.3厘米、2.6厘米与5.9厘米，不能达到理想精度，说明采用的力模型仍然存在一定的误差。为提高定轨精度，使用6分钟一组的分段三方向经验常数加速度补偿摄动力误差，精度有了明显的改进，切向、径向与法向的RMS值分别为2.9厘米、1.7厘米与2.6厘米，加速度仪法向与径向平移因子的稳定性也有所提高。　　4)简化动力学定轨由于需要使用大量的经验参数，本文采用了一种高效且节省存储空间的方法计算敏感矩阵中的各元素。应用该算法，分别使用分段常数、分段线性以及分段周期函数三种简化模型取代非保守力加速度进行GRACE卫星简化动力学定轨。试验结果表明前两种简化模型的定轨精度较高且基本等效，但使用分段周期函数的效果有限。比较这三种模型解出的分段经验加速度，其中前两者都与经标定改正后的加速度仪观测值有较好的吻合性。由于经验加速度各分段值可被认为是其对应时间段内非保守力加速度的平均值，此外，JPL还发布有GRACE卫星标准事后科学轨道，因此可分别利用这三种简化模型解出的分段经验加速度以及标准轨道坐标作为虚拟观测值求解加速度仪标定因子。试验结果表明切向平移因子一直十分稳定，受标定方法影响很小，而径向与法向的平移因子变化较大，与采用的方法密切相关。　　5)为分离不同类型非保守力加速度，本文利用CSR官方文档给出的卫星宏模参数，建立了适用于GRACE卫星的精化大气阻力、太阳辐射压以及地球反照辐射压模型，并采取三种方法分别验证精化后的模型效果。将三种模型的计算结果求和并与加速度仪标定改正后的输出值进行比较，两者在切向、径向以及法向上都有很好的一致性;使用精化模型进行动力学精密定轨并分析外符轨道精度，切向、径向以及法向的RMS值分别约为12cm、3cm与8cm;采用传统模型与精化模型的不同组合方式分析平差处理后GPS相位观测量的内符精度，结果表明精化模型在效果方面较传统模型有了明显的改进。　　6)根据精化的大气阻力模型，推导了直接法以及迭代法提取大气密度的计算公式，提出了一种顾及卫星自身遮挡影响的投影面积的高效算法，并对忽略其影响导致的大气密度计算误差进行了讨论。分别利用直接法以及迭代法计算了2008年7月GRACE-A卫星飞行高度的大气密度，并将其与NRLMSISE-00与JB2008大气密度模型的预报结果进行了比较，两者在走势与量级方面都基本一致，但实测的大气密度相比模型能反映出更多的高频变化信息。通过分析与比较，发现大气密度在一天内的峰值大约出现在地方15时，谷值约出现在地方4时，地球光照面的大气密度相比暗面的比率值最大可达5;受地方时影响，大气密度随地球纬度与经度的分布表现出较为复杂的变化特点;此外大气密度还受太阳活动以及地磁活动强度的影响，2003年7月是太阳活动高峰时期，此时的大气密度相比2008年7月约大一个量级。