组合重力场模型的精度及其适用性分析

针对EGM2008、GECO及EIGEN-6C4重力场模型存在长波误差的情况,利用GNSS/水准数据在分析EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型高程异常精度基础上,分析GOCO03S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R5、GO_CONS_GCF_2_SPW_R2、GO_CONS_GCF_2_TIM_R5 4个纯卫星重力场模型与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:与EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型相比,各自对应的组合重力场模型高程异常精度最优分别可达0.061m、0.054m和0.059m,对应精度提升幅度分别为18%、31%和24%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度;利用EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型进行高程拟合的精度与利用组合重力场模型进行高程拟合的精度相当,这说明EGM2008、GECO及EIGEN-6C4模型存在的长波段误差也可通过一定的拟合模型进行削弱。     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R5和GO_CONS_GCF_2_TIM_R5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIR_R5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIM_R5模型在228阶之后的精度达到dm级; 6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

DQM2000d、UGM05和EGM2008地球重力场模型精度比较

给出由地球重力场模型计算重力异常和垂线偏差的公式,利用36阶、360阶、1 800阶DQM 2000d、UGM 05以及EGM 2008地球重力场模型计算国内某地区格网点重力异常和地面垂线偏差,并将其与实测数据进行比较,从而对三种模型的精度进行评估。结果表明,在表示国内某地区格网点重力异常时,UGM 05模型精度最高,DQM 2000d模型精度次之,EGM 2008模型精度最低;在表示地面垂线偏差时,三种模型的精度相当。     

基于高阶重力场模型的山区高程拟合研究

选用沿海山区GNSS水准点的实测高程异常,分别对近几年国际上公布的EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C3stat、GECO、XGM2019e、SGG-UGM-2这6个高阶重力场模型计算的高程异常进行精度检验,分析不同模型、不同截断阶次模型高程异常精度与阶次的关系,采用基于Kd-Tree算法的二次曲面拟合方法进行山区水准面移去—拟合—恢复。结果表明,利用基于Kd-Tree算法高阶重力场模型进行山区水准拟合精度提高明显,具有较好的适应性。     

多类重力场模型的精度分析及联合确定GPS点正常高的方法

针对模型尺度参数ae对高程异常计算的影响进行数值分析;利用各模型位系数方差信息及区域高精度GPS/水准数据分析国际上新近公布的ITG-GRACE2010S、AIUB-GRACE03S、EIGEN-6C、GOCO02S、DIR_R3、TIM_R3、SPW_R2、gif48以及EGM2008多类重力场模型对应不同谱域的位系数精度;提出采用简单谱组合方法和加权谱组合方法来提高高程异常的计算精度.在试验区域,计算结果表明,各模型的中低阶(约135阶)位系数整体精度要优于EGM2008模型,gif48和EIGEN-6C模型的整体精度均优于同阶次的EGM2008模型,简单谱组合方法和加权谱组合方法均能提高区域模型高程异常精度.     

用GRACE星间速度恢复地球重力场

本文首先给出了用星间速度恢复地球重力场的数学模型,然后用GRACE卫星30天的星间速度观测值计算了一个100阶的地球重力场模型DQM2006S2。为了对这一模型的精度进行评述,将它与EGM 96,EIGEN-CHAMP03S和GGM01S3个地球重力场模型作了比较,并用这一模型计算了高程异常与GPS/水准实际观测值进行了比较,结果表明:DQM2006S2模型精度优于EGM 96和EIGEN-CHAMP03S模型精度,但是不及GGM01S模型精度。精度不及GGM01S的原因是GGM01S模型使用了111天的星间速度数据,其数据量约为DQM2006S2模型使用数据量的4倍。     

超高阶重力场模型EIGEN-6C2适应性分析

为了证明EIGEN-6C2是目前较优的超高阶重力场模型,该文将我国全部的共计13个沿海省市的陆地和岛礁上2 917个GNSS水准点的实测高程异常,分别与近几年国际上公布的比较优秀的EGM2008、EIGEN-6C、EIGEN-6C2、GO_CONS_GCF_2_DIR_R4和GOCO03S5个重力场模型的不同截断阶次模型高程异常之差进行外部精度检验,最后得出了到目前为止EIGEN-6C2重力场模型与我国沿海省市实测高程异常符合性最好的结论。     

EIGEN－6C2重力场模型与中国陆地和岛礁GNSS水准符合性的分析

将我国沿海13个省市的陆地和岛礁上的2917个GNSS水准点的实测高程异常,分别与EGM2008, EIGEN－6C,EIGEN－6C2,GO＿CONS＿GCF＿2＿DIR＿R4和GOCO03S这5个重力场模型的不同截断阶次模型高程异常,按照地形类别进行外部精度检验,最后得出了到目前为止EIGEN－6 C2重力场模型与我国实测高程异常符合性最好的结论。     

区域与全球高程基准差异的确定

全球高程基准统一是继全球大地测量坐标系及其参考基准统一之后,大地测量学科面临和亟待解决的一个重要问题,也是全球空间信息共享与交换的基础。本文针对区域高程基准与全球高程基准间基准差异确定的理论、方法及实际问题开展研究。利用物理大地测量高程系统的经典理论方法,给出了高程基准差异的定义,并推导了计算基准差异的严密公式,该公式可将高程基准差异确定的现有3种方法统一起来。在此基础上,分析顾及了不同椭球参数对于计算基准差异的影响及量级,同时,高程异常差法还需考虑全球高程基准重力位与模型计算大地水准面位值不一致引起的零阶项改正。利用青岛原点附近152个GPS水准点数据,分别选择GRS80、WGS-84、CGCS2000参考椭球以及EGM2008、EIGEN-6C4、SGG-UGM-1模型,采用位差法和高程异常差法,确定了我国1985高程基准与全球高程基准的差异。其中,EIGEN-6C4模型计算的我国高程基准与WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准之间的差异约为-23.1cm。也就是说,我国高程基准低于采用WGS-84参考椭球正常重力位U0定义的全球高程基准,当选取基于平均海面确定的Gauss-Listing大地水准面作为全球高程基准时,我国1985高程基准高于全球基准约21.0cm。从计算结果还可看出,当前重力场模型在青岛周边不同GPS/水准点的精度差别依然较大,这会导致选择不同数据对确定我国85国家高程基准与全球基准之间的差异影响较大,因此,若要实现厘米级精度区域高程基准与全球高程基准的统一,全球重力场模型的精度和可靠性还需要进一步提高。     

联合EGM2008模型重力异常和GOCE观测数据构建超高阶地球重力场模型SGG-UGM-1

本文研究了联合卫星观测数据和重力异常数据确定超高阶重力场模型的理论方法,并使用EGM2008模型重力异常和GOCE（gravity field and ocean circulation explorer）观测数据构建了重力场模型SGG-UGM-1。重点研究了由球面格网重力异常快速构建超高阶重力场模型的块对角最小二乘方法,将OpenMP技术引入到块对角最小二乘中以提高计算效率,并基于模拟数据验证了方法及算法和软件模块的正确性。采用本文制定的联合解算策略,利用GOCE重力卫星观测数据构建的220阶次法方程和EGM2008模型重力异常构建的2159阶次块对角法方程,联合求解了2159阶次的重力场模型SGG-UGM-1。将SGG-UGM-1与EGM2008、EIGEN-6C2、EIGEN-6C4等超高阶模型在频谱域内进行了比较分析,结果表明SGG-UGM-1相对参考模型的系数误差较小,且在220阶次内的系数精度相比EGM2008模型有了提高。采用中国与美国的GPS/水准数据和毛乌素测区的航空重力观测数据对这些模型进行了外符合精度的检验。检核结果表明,在中国区域,SGG-UGM-1模型大地水准面的精度在EIGEN-6C2和EIGEN-6C4两个模型之间,优于GOSG-EGM模型和EGM2008模型,与美国区域几个模型的精度相当。利用毛乌素测区的航空重力数据对几个模型进行了检核,结果表明SGG-UGM-1模型计算的重力扰动精度与EGM2008、EIGEN-6C4模型相当,优于GOSG-EGM模型和EIGEN-6C2模型。     

MGEX精密星历卫星钟差精度分析

IGS的多GNSS实验项目(Multi-GNSS Experiment,MGEX)所提供的事后精密卫星钟差作为一种基础性的GNSS数据产品。在分析MGEX事后精密钟差产品特点的基础上,设计用于卫星钟差精度评价的内符合精度指标和外符合精度指标。基于该指标对MGEX的欧洲定轨中心(CODE)、波茨坦地学中心(GFZ)和武汉大学(WUM)三个分析中心2015年的事后精密卫星钟差进行精度分析。结果表明:GFZ的卫星钟差精度相对最差,CODE的卫星钟差内符合精度最高,WUM的卫星钟差外符合精度最高,三个分析中心的卫星钟差内外符合精度平均值分别为0.307ns和0.322ns;随着GPS系统的更新其卫星钟差的精度有所提高,同时GPS系统中BLOCK IIF铯钟的钟差内外符合精度均最高;CODE的卫星钟差内符合精度随卫星钟类型的不同变化相对较小。     

航空重力向上延拓的外部精度评估

分别采用基于梯度、基于泊松积分和基于快速傅里叶变换（FFT）的地面重力向上延拓方案,并提出交叉检验方法估计地面重力数据误差及其空中误差传播,对毛乌素测区GT-2A航空重力测量系统采集的空中测线数据进行外符合精度评价。对比结果表明：地面重力格网插值误差和代表性误差对空中点的影响达到0.66~0.92 mGal（1 Gal=1×10^-2 m/s²）,航空重力数据误差估计必须扣除这一影响;基于泊松积分和基于FFT的地面重力向上延拓方法能够客观评价航空重力观测值的外符合精度,二者表现相当;扣除地面重力误差影响后,在包含残余边界效应的情况下,毛乌素测区GT-2A航空重力空中测线重力扰动的外符合精度优于1.42 mGal。     

重力场模型对Swarm卫星精密定轨的影响分析

采用星载GPS观测数据与简化动力学定轨方法,在方程中引入伪随机脉冲参数,从而实现对Swarm卫星的精密定轨. 详细分析了不同阶次的GOCO06s地球重力场模型对Swarm卫星简化动力学定轨精度的影响,对比了PGM2000a、EIGEN-2、EGM2008以及GECO重力场模型展开到100阶次时Swarm卫星解算的轨道精度. 结果表明:当GOCO06s地球重力场模型阶次处于30～100阶次时,Swarm-A、Swarm-B和Swarm-C卫星在径向、切向、法向上的定轨精度随着GOCO06s阶次的不断增加而越来越高,而在高于100阶次时,定轨精度基本稳定,且在各方向定轨精度优于3 cm. 此外,采用100阶次GECO、EGM2008和GOCO06s模型对三颗Swarm卫星进行定轨,解算的轨道精度相当,且要高于同阶次其他重力场模型的定轨结果.      

LiDAR室内检校模型粗差探测可靠性研究

基于机载LiDAR技术的测绘系统必需对其进行标定和校正,优化导航定位、定姿系统的测绘精度。冗余的观测数据不仅可以评估系统监测粗差的能力,还可以分析未检测粗差对导航结果的影响,评价结果的可靠程度。本文基于内、外可靠度理论,进行抗差检校模型的质量控制,实例分析表明该理论能有效衡量抗差模型对粗差的识别效果。     

联合GOCE卫星数据和GRACE法方程确定SWJTU-GOGR01S全球重力场模型

联合地球重力场和海洋环流探测器（Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer,GOCE）和重力恢复与气候实验（Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE）卫星观测数据确定全球静态重力场模型是当前大地测量学的研究热点之一。联合近3 a的GOCE卫星梯度数据和7 a左右的GRACE星间距离变率数据计算的ITG-GRACE2010S模型的法方程恢复了210阶次的重力场模型SWJTU-GOGR01S。采用带通数字滤波方法处理GOCE卫星的4个高精度梯度观测分量,利用梯度数据恢复重力场模型的观测方程直接建立在梯度仪坐标系中,可以避免坐标转换过程中高精度的梯度观测分量受低精度分量的影响;联合法方程解的最优权采用方差分量估计迭代计算,GOCE数据的两极空白引起的病态问题采用Kaula正则化方法进行约束。基于EIGEN-6C2模型和北美地区的GPS水准网观测数据,对SWJTU-GOGR01S模型进行内外符合精度分析,结果表明,SWJTU-GOGR01S模型在210阶次的大地水准面误差和累计误差分别为1.3 cm和5.7 cm,精度与欧洲空间局公布的第四代时域法模型相当,略优于GOCO02S和GOCO03S模型的精度。     

面阵图像定位精度提升方法研究

为了提升面阵相机成像定位精度,以吉林省松原市北部区域的机载面阵图像为实验对象,对成像过程进行误差分析与标定. 机载面阵相机成像存在由三个姿态角引起的定位误差以及由相机镜头畸变等因素产生的畸变误差. 针对以上问题,首先采用严密几何模型,得到面阵图像初步成像结果;然后,采用后方交会和多项式附加参数模型等方法解决内、外方位元素引起的误差问题,得到较为精确的定位结果;最后进行实验验证,测试结果表明,经过内、外方位元素的误差定标,能够控制在5 m以内的范围,精度提升94.37％,处理效果显著. 通过研究标定面阵成像过程中内、外方位元素产生的误差,提高了面阵相机定位精度,对面阵相机成像的应用和推广具有一定价值和科学参考依据.      

HNGG2017精度特征分析

精度评估和检核是似大地水准面模型构建和应用的前提．针对湖南省似大地水准面（HNGG2017）模型,引入大量全球卫星导航系统（GNSS）／水准观测成果以及历史模型,提出了内、外部精度以及特征地区综合检核方法．检核结果表明,模型的内、外符合精度优于2.2 cm,与历史模型相比,新模型在北部常德汉寿、西南部永州江永等地区,精度得到显著改善．同时,湖南北部的壶瓶山地区的原水准数据可能存在系统性误差,有待采用更多数据验证.      

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...