测量系统差对大地水准面精度影响分析

从边值理论出发,推导了顾及Stokes核函数改化的观测值系统误差传播公式,基于超高阶重力场模型设计了仿真试验,以定量分析顾及核函数改化的重力异常系统差对大地水准面计算精度影响。仿真试验结果表明,重力异常系统差对大地水准面的影响表现为系统性特征,顾及核函数改化的Stokes积分公式能显著改进大地水准面计算精度,即使重力异常系统误差达3 mGal,大地水准面精度也优于1 cm,这些成果将为大地水准面精化工程的方案优化和质量评估提供有益参考。     

用T/P测高数据反求海域重力异常

本文以反Stokes公式为数学模型,应用由T/P测高数据计算的大地水准面高反演了海洋平均重力异常,并与船测平均重力异常和OSU91A位模型计算的平均重力异常进行了比以分析,得出了一些有益的结论。     

三轴椭球表面积的近似计算

推导出了一组三轴椭球表面积近似计算的级数展开公式,并对应地给出了三轴椭球退化为扁椭球和旋转椭球时的表面积公式。该组公式通过引入偏心率、第三扁率等扁率,使公式结构上更为简洁,具有对称性,进一步完善了椭球表面积的计算理论。验算分析表明,相比于传统的近似公式,给出的近似计算公式的精度显著提高,具有实用价值。     

顾及垂线偏差的重力大地水准面差距内插法

指出传统距离加权内插法的不足,推导了垂线偏差同大地水准面差距偏导数的转换公式,在此基础上利用间接平差模型得到了顾及垂线偏差的重力大地水准面差距内插法,改进了传统距离加权平均法。     

中国海军百科全书(第二版)海洋测绘条目选登(2)

<正>dadi shuizhunmian大地水准面(geoid)与理想的平均海面重合并伸展到大陆内部形成的重力等位面。平均海水面是海水涨落的平均位置,通过验潮方法获得;重力等位面是处处与重力方向正交的曲面,同一水准面上的重力位相等。当海水处于理想的静止状态时,其表面就是水准面。地球空间处处都有重力存在,通过不同高度的点就有不同的水准面。人们将大地水准面作为高程的起算面,即研究地球自然表面形状的基准面;还将大地水准面作为地面天文经纬度、天文方位角和重力值归算的基准面。     

正常椭球重力平均值处纬度与偏心率的表达式

加速度计的精度是影响惯性导航精度的最直接的和最重要的因素,对正常重力平均值的选取是否合理将直接影响到加速度计的精度的高低。传统上还是直接以纬度45°处的正常重力值作为平均值,这是不科学、不合理的。在计算机代数系统中,将正常重力计算公式利用级数展开、牛顿迭代法,推导出纬度关于椭球第一偏心率的函数式,并在考虑推广到太阳系中各天体的基础上,推导出纬度随椭球第一偏心率变化而变化的函数关系式,得到部分天体数据验证,具有一定科学意义。     

精化沿海高程异常图的方法——CPS、海面水准相结合法

引言 我国沿海包括岛屿的高程测量,过去普遍采用海面水准法(即平均海面同步改正法),测量已知站(长期站)到未知站(临时站)的高差,这种方法求得的高程是从青岛验潮站平均海面起算的。青岛验潮站平均海面与中国沿海其它验潮站平均海面高程并不相同,有海面地形之差。人们认为青岛验潮站平均海面起算的高程称正常高h,正常高是从似大地水准面起算的,高程异常ζ就是似大地水准面高,它不具有物理意义。现在常采用的GPS测高法求得的高程(大地高H),是从大地水准面起算的,大地水准面可用重力法求得,具有物理意义,但精度不高,需要精化。似大地水准面和     

利用卫星测高垂线偏差计算其他重力场元的特性分析

利用卫星测高技术确定海洋重力场,垂线偏差数据作为导出观测量在实际工作中被普遍采用。利用物理大地测量边值问题的定义以及扰动位在球面边界条件下的解,给出了由垂线偏差计算大地水准面高、重力异常和扰动重力的公式。分析了不同积分计算公式在重力场阶谱表达形式下对垂线偏差误差的抑制作用,也分析了不同积分核函数的变化特性,得出基本结论:在利用卫星测高数据求解海洋重力场时,当以格网化海面垂线偏差数据计算重力场参数时,求解的大地水准面高的有效性和稳定性优于重力异常和扰动重力。     

大地水准面高的计算及其在海底地形反演中的应用

为充分挖掘海洋重力数据在反演海底地形中的应用潜力,尝试探索利用大地水准面高反演海底地形的技术途径,并以夏威夷—皇帝海山链拐点所在海区作为反演试验区进行验证。首先采用Belikov列推法计算伴随(缔和)勒让德函数,利用EIGEN-6C4地球重力场模型解算获取了分辨率为1'的大地水准面高格网数值模型;然后通过综合分析反演比例函数和转换函数特点、研究海区大地水准面高与海底地形的相干特性以及大地水准面高本身尺度特征,获得了利用大地水准面高反演海底地形的频段范围;最终以试验海区大地水准面高为数据输入,构建了相应的海底地形模型(BNT模型),并与ETOPO1等海深模型进行比对分析。试验结果表明:BNT模型检核差值在一倍均方差范围检核点数量占比70.60%,相比正态分布更加集中;BNT模型检核精度低于ETOPO1等海深模型;海深模型检核精度随着水深增加不断提升,水深小于1 000 m时,海深模型相对误差出现较大发散现象;计算海域ETOPO1模型精度最高,GEBCO模型和DTU10模型检核精度相当。     

多分辨率数据输入输出法确定大地水准面

为从量化角度分析在采用输入输出法计算局部大地水准面中,输入数据(重力异常)的分辨率对计算结果的影响,以Moritz协方差函数模型估计功率谱密度函数,基于EGM2008模型重力异常计算了3种不同分辨率的输入数据下大地水准面高,仿真实验结果表明,随着分辨率的提升,将有更多的点能够参与拟合理论协方差函数模型系数,从而使得协方差函数模型在表征局部重力场特性上更加细化,大地水准面高的计算精度随分辨率的提升而提高。     

超高阶地球重力场模型的高程异常优化算法

通过分析比较标准前向列推、标准前向行推、跨阶次递推和Belikov列推4种缔合勒让德递推算法的精度、稳定性以及计算速度,提出了选取Belikov列推法来解算超高阶重力场模型高程异常;研究探讨了基于严密球谐级数展开、保留泰勒级数展开的零阶项和保留至泰勒级数展开一阶项计算模型高程异常的三种算法,并进行了实验计算分析。结果表明,保留至泰勒级数一阶项的模型高程异常既能保证计算速度也能达到足够的精度,可满足大区域高分辨率高程异常建模的需求。     

利用空中球面边值问题确定似大地水准面

针对航空重力向下延拓计算过程中的不稳定性,提出了扰动位空中球面边值问题,以航空重力测量数据作为扰动位在空中球面上满足的边值条件,得到扰动位空中球面边值问题,在球外部即为经典的球外边值问题,但对于球内直到地面则没有封闭的解析形式,给出了空中球面球内到地面区域的级数解,对于认识空中重力测量数据向下延拓特征和实际应用具有参考意义。利用地面实测数据计算结果表明,对于1km航高的测量数据,一阶解可满足厘米级高程异常的解算精度。     

多类地球重力场模型精度分析

分析了重力卫星数据构建的地球重力场模型EIGEN-CHAMP03S(140)、ITG-Grace2010s(180)、GO_CONS(240)、GOCO02s(250)的内符合精度,还与综合性地球重力场模型(EGM2008)进行了比较。然后,选用我国范围内854个AB级GPS/水准点,检核各模型分阶次确定的高程异常与实测值之间的差异,以体现其外符合精度。结果表明:以重力卫星数据构建地球重力场模型能以较高精度来表征重力场的中长波部分,与EGM2008模型的精度相当。在我国范围内,计算似大地水准面都能够达到米级精度,其中GOCO02s(250)模型精度最好,能达到0.5m的精度。     

一种区域似大地水准面模型拟合方法分析

GPS技术结合(似)大地水准面模型,可快速高精度的获取测点正常高,因此精化区域(似)大地水准面成为各国家和地区建立现代高程基准的重要任务。利用GPS水准进行区域似大地水准面拟合,通过实验比较分析了二次多项式、三次多项式、多面函数、移动曲面模型,论证了各自模型的特点,实验结果表明:对于地势较平坦的实验区,以上几种方法拟合的区域似大地水准面精度都在4cm以内,都能满足一般工程应用的精度要求,其中移动曲面模型拟合的实验区似大地水准面最佳。     

有效声速泰勒级数逼近的适用条件

在水下高精度声学定位和声纳水深测量中,需要高精度的有效声速参量。在实际中,精确计算有效声速需要声线跟踪算法,但计算成本较高。有效声速的泰勒级数逼近作为一种有效声速的近似逼近方法,可避免大量计算成本。讨论了有效声速泰勒级数逼近公式的不同阶数逼近情况,特别是给出了两类有效声速泰勒级数逼近公式的适用条件,以及他们随高度增大适用性和逼近精度的变化。研究表明,当声速剖面稀疏时,宜采用谐波平均声速下的泰勒级数改正公式;当高度角小于50°时,有效声速泰勒级数逼近精度出现明显的衰减。     

一种区域似大地水准面模型拟合方法分析

GPS技术结合(似)大地水准面模型,可快速高精度的获取测点正常高,因此精化区域(似)大地水准面成为各国家和地区建立现代高程基准的重要任务。利用GPS水准进行区域似大地水准面拟合,通过实验比较分析了二次多项式、三次多项式、多面函数、移动曲面模型,论证了各自模型的特点,实验结果表明:对于地势较平坦的实验区,以上几种方法拟合的区域似大地水准面精度都在4cm以内,都能满足一般工程应用的精度要求,其中移动曲面模型拟合的实验区似大地水准面最佳。     

海洋重力测量中的重力基点读数改正新方法

海洋重力测量中的重力基点读数改正是精准传递重力基点绝对重力值的基础,为精准传递重力基点绝对重力值和提高海洋重力测量精度,针对海洋重力测量技术规范中的海洋重力测量基点读数改正公式的不足,提出了精准度更高的海洋重力测量重力基点读数改正新方法,建立了重力基点读数改正新公式,新公式将海洋重力仪读数归算到重力基点在基准面的投影位置的同一纬度上,并做了中间水层改正、固体潮改正和重力仪与重力基点南北向距离引起的重力差校正,与海洋重力测量技术规范中的重力基点读数改正公式相比,新重力基点读数改正公式提高了重力基点绝对重力值传递的精准度,更适合用于重力基点读数改正,对提高海洋重力测量精度具有重要意义。     

基于Bjerhammar边值理论的似大地水准面计算模型改化及分析检验

针对源自现代Bjerhammar边值理论的似大地水准面计算模型适用性问题,重点围绕地面重力异常向下延拓和似大地水准面计算两个解算阶段,分别提出了3种实用化的积分模型改化方法,同时设计了三阶段改化模型实验检验方案,使用超高阶位模型EGM2008作为数值模拟标准场,对两个解算阶段不同改化模型的计算效果进行了数值精度检核,并开展了数据观测噪声影响评估检验,得出了一些有参考和实际应用价值的研究结论。在一定条件下,使用改化Bjerhammar方法计算似大地水准面可获得1～2 cm的内符合度。     

不同Legendre函数递推公式对计算球谐函数定积分的影响

针对球谐函数定积分计算中Legendre函数递推问题展开研究,分析了标准向前列推法、Belikov法、跨阶次法、X数法以及顾及麦克劳林级数展开式对球谐函数定积分计算的影响。利用Eigen6c-4地球重力场模型计算扰动引力梯度径向分量,分析不同方法之间的差异。实验表明,不考虑麦克劳林级数展开式时4种方法的相对精度在高纬度地区较差,但计算模型扰动引力径向分量的精度一致,结合麦克劳林级数式可提高高纬度地区定积分计算的相对精度,但会降低中低纬度地区定积分计算的精度,并且对高纬度地区扰动引力径向分量的影响极小,但会严重降低低纬度地区扰动引力梯度计算的精度。     

垂线偏差反演重力异常中央区效应计算模型

为提高卫星测高反演重力场中央区效应的计算精度,以逆Vening-Meinesz公式为例,推导了包含4个网格的矩形中央区效应计算模型;基于"非奇异变换"思想,推导了中央区垂线偏差展开为泰勒级数式和二次多项式的非奇异变换法计算模型一和模型二。结果表明:矩形中央区积分法得到了与非奇异变换法模型一完全相同的中央区效应计算模型。设计了基于EGM2008模型数据的仿真计算,计算结果表明:该公式计算的重力异常中央区效应与将中央区视为圆域的传统方法算得的结果差值最大能够达到数个毫伽;与形式更为复杂的非奇异变换法算得的结果基本一致,说明在中央区效应计算中,使用矩形域中央区模型更为合理。