利用扰动重力数据反演海底地形的高斯曲面函数估计方法

利用2017年1月—2020年12月的SARAL卫星测高数据反演得到南海海域1′×1′格网扰动重力数据,通过与船载重力数据比较,精度达到5.5 mGal。提出了利用重力数据及高斯曲面函数求解区域特征参数进而估计海底地形模型的方法,利用SARAL卫星反演获得的重力数据在南海海域开展了计算试验。结果表明,利用ETOPO-1先验模型,在10×10格网一组划分条件下估计得到的1′×1′海底地形精度相对于先验模型提高了约10 m;利用DTU18先验模型,在9×9格网一组划分条件下估计得到的1′×1′海底地形精度相对于先验模型提高了约9 m。计算结果表明,利用卫星测高反演得到的重力数据,通过高斯曲面函数解算获得的5个特征参数,可以在一定程度上代表相应区域海底地形的曲面特征,进而可在不依赖外部实测数据条件下对先验海底模型进行精化。对于曲面估计而言,格网划分越小,曲面函数就越能反映区域变化特征。因此,对于未来卫星测高技术发展而言,更高分辨率的重力场探测技术有望继续提升海底地形细节的反演能力。     

航空和地面重力测量数据的一体化处理方法

在三维经典扰动位协方差模型基础上,推导获得局部重力异常协方差模型、局部扰动重力协方差模型,以及扰动重力和重力异常的互协方差模型,这3个模型在忽略小项后是一致的,即航空扰动重力数据与地面重力异常数据的联合处理采用一个模型即可,大大简化了处理流程.以最小二乘配置理论及本文推导的协方差模型为基础,构建了航空扰动重力测线数据与地面重力异常数据一体化处理的具体方法,利用该方法可推估地面待求点的重力异常数据,且处理过程自动完成了航空扰动重力数据的向下延拓,同时也大大削弱了航空数据中存在的系统偏差影响.在某试验区开展了一体化处理试验,结果表明,采用一体化处理得到的重力异常数据比单独使用5'分辨率航空重力数据推估获得的数据精度提高2.4 mGal,比单独使用2.5'分辨率地面重力数据推估获得的数据精度提高1.2 mGal.     

球内Dirichlet问题解及其应用

本文基于球内调和函数的Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ问题的球谐解式,推导了球内调和空间的Ｐｏｉｓｓｏｎ积分,将其应用于航空重力测量数据的向下延拓时,积分边界面是空中面,边界值是空中重力异常或纯重力异常,推求地面重力异常可直接积分计算,而勿需像球外Ｐｏｉｓｓｏｎ积分那样迭代求解积分方程。     

基于D-P算法和最优路径的海山地理实体边界划定方法

海底地理实体的划定与命名是当前国际海洋权益领域的热点研究问题之一。然而,由于海底地理实体边界的量化界定技术缺乏,导致其界线确定不可避免地存在人为性,为此,本文提出了一种基于D-P算法和最优路径的海底地理实体边界划定方法。将高分辨率水深模型转换为二维水深矩阵,从横向与纵向进行剖面分析,采用极值点简化和D-P算法进行二次简化的方法,通过坡度变化定位和基部高程定位等基本条件综合判断,从而实现了单体海山的山体与其基部的自动划分;在此基础上,采用路径寻优的方法实现了连体型海山的自动分割。该方法在南海海底地理实体划定中进行了验证,取得了良好的应用效果。     

实现我国5分米级大地水准面的途径初探

本文分别利用重力综合法和ＧＰＳ／水准控制的重力内插方法计算某５°×１０°范围的区域大地水准面,其与ＧＰＳ／水准点的比较精度优于５分米,据此,对实现我国５分米级大地水信面的途径作了初步探讨。     

LaCoste&Romberg航空重力仪的格值标定

LaCoste&Romberg航空重力仪是我国航空重力测量系统的核心.根据航空重力测鼍的特点,讨论了航空重力仪格值的标定方法,导出了格值计算公式.基于实际标定数据,计算获得了新格值.利用大同航空重力测量实测数据对新格值的有效性进行了验证.结果表明,利用新格值可以使空中重力扰动与参考值之间的系统误差减小约1×10-5ms-2.     

方位角对斜路径对流层延迟的影响研究

针对4种不同气候条件的地区，分析不同高度角时方位角对斜路径对流层延迟的影响，进而提出一种对流层延迟水平梯度的精化方法。实验表明，该方法可更真实地反映对流层延迟在水平方向的非对称性，有效提高VLBI解算精度，基线可重复度提高约4%，天顶对流层延迟估计精度提高约15%。
     

GRACE时变重力场各向异性高斯组合滤波方法

受测量误差等因素影响，直接使用GRACE时变重力场模型的地表质量变化反演结果呈现严重条带噪声，必须采用滤波消除。本文对不同滤波方法进行了试验分析，以信噪比最大为准则，确定了不同滤波方法的最优滤波参数，并在此基础上提出了一种各向异性组合滤波方法。该方法根据时变重力场模型球谐系数误差特性，结合各向异性高斯滤波和均方根滤波特点，对精度较高的低次项系数采用较大权重以保留更多有效信号，而对精度较差的高次项系数采用较小权重以压制噪声。不同于传统的两步法组合滤波，该方法仅需进行一步滤波处理。试验结果表明，本文提出的各向异性组合滤波方法计算步骤简单，能够有效消除条带噪声；与单一滤波和传统两步法组合滤波方法相比，提高了反演结果信噪比，保留了更多真实信号。     

输入—输出系统理论在重力场扰动场元推估中的应用分析

研究了输入—输出系统理论用于扰动场元推估的一般形式,以重力异常推估大地水准面为例,推导了双输入—单输出系统用于重力场推估的具体形式。通过实际算例表明：输入—输出系统在推估效果上等效于最小二乘配置,利用局部重力异常推估大地水准面的精度在0.4m左右。     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。