使用BD-3 B2a反射信号测量水面高度

B2a信号是北斗三号（BeiDou-3 satellite navigation system, BD-3）新增的高宽带信号,具备非常高的伪距测量精度,适合开展基于全球导航卫星系统反射信号（global navigation satellite system-reflectometry, GNSS-R）的水面高度测量。由于BD-3近两年才开始为全球提供服务,基于BD-3反射信号的研究较少。中国科学院国家空间科学中心研发了具备自主知识产权的GNSS-R接收机,接收机专门增加了BD-3 B2a的捕获跟踪功能,可以对直射和反射B2a信号同时进行捕获和跟踪。接收机同时具备了交叉定标功能,能够有效消除由电缆和接收机通道间差异引起的系统偏差。在中国北京市怀柔开展的岸基实验过程中,累计获取了BD-3 B2a、北斗二号（BeiDou-2 satellite navigation system, BD-2）B1I和全球定位系统（global positioning system, GPS）L1C/A反射信号的相关波形数据,成功反演了水面高度并进行了系统偏差消除。数据处理结果表明,基于BD-3 B2a的水面高度在30 s非相干积分时间条件下反演精度达到了5.9 cm,比BD-2 B1I的高度测量精度提高了13 cm,比GPS L1C/A信号的高度测量精度提高了20 cm。     

利用卫星重力测量确定地球重力场模型的进展

卫星重力测量是当前探测全球一致、高精度和高分辨率地球重力场的高效技术手段,主要包括高低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in high-low mode, SST-hl）、低低卫星跟踪卫星测量（satellite-to-satellite tracking in low-low mode, SST-ll）和卫星重力梯度测量（satellite gravity gradiometry,SGG）。系统总结了利用卫星重力测量技术（包括SST-hl、SST-ll和SGG及多模式组合）反演地球重力场的主要方法,评述了利用挑战性小卫星有效载荷（challenging mini-satellite payload, CHAMP）、重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment, GRACE）/ GRACE继任者（GRACE follow-on, GRACE -FO）和地球重力场和海洋环流探索器（gravity field and steady-state ocean circulation explorer, GOCE）卫星重力数据构建静态和时变重力场模型的最新进展,并对当前具有代表性的地球重力场模型精度进行了分析和评估,以期对未来的地球重力场研究及其地学应用提供参考。     

基于“浅层海水”质量法确定海洋内部层面重力值

经典物理大地测量学利用斯托克斯方法和莫洛金斯基方法解算大地测量边值问题并给出地球外部重力场表达,若忽略1~2 m量级的动力学海面地形,静止的平均海面可认为是大地水准面,后者是与平均海平面最为接近的重力等位面。经典理论无法求解海洋内部,即地球内部重力场问题,为解决这一局限,基于地表浅层法引入“浅层海水”的概念,“浅层海水”上下界面由平均海面高模型DTU21确定,利用牛顿积分和球谐展开算法确定了最优球谐分析迭代次数,分析了“浅层海水”厚度与积分区域半径大小的关系,确定了“浅层海水”厚度为100 m、500 m和1 000 m时的最优积分区域半径为1°,厚度4 000 m时为1.5°;评估了“浅层海水”质量法移去-恢复海洋表面重力值的精度,“浅层海水”厚度100 m、500 m、1 000 m和4 000 m的均方根误差分别为0.13 mGal、0.61 mGal、1.21 mGal和3.93 mGal,验证了该方法的可靠性。基于此理论,计算了不同厚度“浅层海水”下表面的层面重力值,得到了100 m、500 m、1 000 m和4 000 m深度处层面重力值与“浅层海水”上表面重力值差的均方根,分别为22.11 mGal、110.50 mGal、220.87 mGal和877.31 mGal。     

台阶(断层)模型重力异常正演计算的一种新算法

传统的台阶模型重力异常正演公式会随着台阶倾斜面与水平面夹角的变化而产生畸变现象。为克服这一局限性,在前人推导台阶模型重力异常正演表达式的基础上,重新对台阶模型重力异常正演公式进行了理论推导,得出全新的台阶模型重力异常正演公式,并证明传统公式仅为新公式的特殊情况。模型实验证明新的正演公式有效克服了传统正演公式产生畸变的问题。     

重力场数据处理关键技术应用

重力场数据处理涉及的内容及相关处理软件很多。本文利用我省"十一五"期间自主开发的"SPDCASPS"软件对已知矿区重力场数据进行了曲化平、向下延拓、局部场和背景场的分离等关键技术的应用。应用结果表明,经三种重力场数据处理关键技术的应用,取得了良好的地质效果。     

江苏沿海地区小波多尺度重力场特征与构造活动性分析

利用小波多尺度分析方法对江苏沿海地区重力场进行波场分离,得到多阶小波细节信息。通过对不同阶次小波细节进行分析研究,获得不同深度凹陷及隆起的空间展布情况,并推断研究区内7条深大断裂的走向及倾向,发现以兴化-大丰一带为界,北部断裂大部分走向为NNE向,倾向NW,且坡度较陡;南部断裂大部分走向NEE向,倾向SE,且坡度较缓,这种南北差异可能是下扬子对冲构造格局的反映。结合地震资料分析认为,地震分布与NE向和NEE向、NW向、近EW向（活动）断裂关系密切,东海-赣榆西北部和大丰港沿海一带断裂的活动性较强,应力场相对不稳定,发生地震的风险较高。     

火山地区重力场变化的数值模拟

推导了火山活动引起的重力变化与地面三维位移场变化的表达公式，讨论了火山活动引起重力场变化的时空分布特征。根据火山活动的特点，采用张开型矩形位错理论模型对火山活动过程引起的地面重力场变化进行了数值模拟，并对一些火山地区观测到的重力变化进行理论解释。