地球重力场是大地测量学、地球动力学和海洋学等学科研究中不可缺少的研究对象。随着重力卫星CHAMP、GRACE和GOCE卫星的相继发射，地球重力场及其相关研究领域取得了丰硕的成果。GRACE卫星主要利用精密轨道数据、K波段数据以及加速度计数据等观测量解算高精度和高分辨率的时变重力场，并且其相关领域的应用具有重要的现实意义。鉴于此，预计2017年8月将发射GRACE Follow-on重力卫星，此后将会陆续发射e.motion和NGGM重力卫星。在此情况下，本文基于卫星跟踪卫星数据解算重力场模型的理论和方法，推导了顾及非线性改正的轨道扰动方程组等相关公式，并系统地研究了利用卫星精密轨道和星间距变率数据恢复重力场的方法。本论文主要研究内容和创新点如下:　　(1)详细地叙述了与GRACE重力卫星所涉及到的基本理论，主要包括其所涉及的时空基准，地球引力位及其泛函的表达式，主要受到的保守力摄动加速度，卫星轨道和变分方程的数值积分方法，重力场模型的解算方法以及对重力场模型的内外符合精度的评定方法等。　　(2)基于新思路分别推导了线性化轨道扰动方程与顾及非线性改正的轨道扰动方程，同时说明了建立的线性化轨道扰动方程与目前处理CHAMP卫星数据的动力学定轨方法是等价的，且该方式推导的方程组可估计线性化误差。从数学公式和算法上分析了线性化误差的影响，得出结论:线性化卫星舍去项是M(t，r1，ρ)和gradT(t，r2)-gradT(t，r1)，而顾及非线性项的轨道扰动方程其舍弃量分别是gradT(t，(r)2)-gradT(t，r2)和|M(t，r1，(ρ))-M(t，r1，ρ)|;在卫星定位精度为3cm与非惯性力测量精度为3×10-10m/s2的前提下，当参考轨道与实际轨道之间的距离ρ≤4.7m时线性化轨道扰动方程才能满足精度要求，而顾及非线性轨道扰动方程只需ρ≤4.14×103m便满足精度要求。　　(3)基于顾及非线性项的轨道扰动方程，本文编写了解算重力场的软件，命名为UCASEGM_Y_Z，此软件可分为双精度计算模式和四精度计算模式。经模拟计算可知，顾及非线性项的轨道扰动方程方法对先验重力场的精度要求不高;在参考轨道与实际轨道相差不超过四公里的前提下，可以将弧长延长到六天;在四精度计算模式下顾及非线性项的轨道扰动方程比动力学积分法计算得到的重力场的考拉误差曲线高8个量级，说明本文推导的方法无线性误差影响。　　(4)对GRACE卫星的星间变率进行了线性化公式推导，并编写了相应代码，验证了公式的正确性。研究了基于卫星轨道数据融合星间变率数据反演卫星重力场的加权问题，并通过实例计算确定了最佳权。　　(5)GRACE重力卫星测量主要涉及四方面的误差，分别为精密轨道误差、加速度计误差、星间变率误差和摄动力模型不准确引起的误差。本文基于以上不同的误差模拟计算了其对GRACE卫星轨道解算重力场的精度的影响。通过实例计算，验证了误差对单星计算及星间变率解算重力场的相关性;并且星间变率误差对重力场解算精度影响最大。因此提高星间变率测量精度是GRACE Follow-on等重力卫星能否提高解算重力场精度的关键。　　(6)低频噪声主要由轨道误差等因素引起，通用做法是通过引入Kim(2000)所提供的多项式方法来进行处理，本文针对误差特性提出了三次样条拟合方法和n阶多项式方法，通过加入摄动力误差和高斯正态分布的误差进行模拟计算，验证了本文方法的正确性，且计算效果与Kim多项式相当。　　(7)基于顾及非线性项扰动方程理论、融合线性化的星间变率方程理论和对低频噪声处理理论解算了GRACE卫星时变重力场。将本文计算结果与国际知名机构GFZ、JPL和CSR的第五代同时期的时变重力场模型进行对比，由Kuala曲线图可知本文计算的重力场模型略好于GFZ发布的重力场模型，由全球等效水高可知本文计算结果与国际知名机构的模型同样可看到时变信号。