地球参考系的基本理论和方法研究进展

地球参考系的研究无论在基础科学,还是在国民经济建设中都具有重要的意义。随着空间大地测量技术(VLBI、LLR、SLR和GPS等)的发展,对地球参考系也提出了越来越高的要求。本文详细地介绍了地球参考系的定义,建立和维持的基本理论与方法,综述了地球参考系目前的发展状况和存在的问题。本文可为从事地球参考系研究的学者提供一定的参考。     

地极坐标系统及其相互关系

本文回顾了各种地极坐标系统的状况，包括地极坐标原点的定义、系统的组成和这些系统之间的相互关系等。地极坐标系的原点，就是地球参考系Ｚ轴与地面的交点，因而选择某个地极坐标原点，在实际上也选取了相应的地球参考系。本文还详细叙述了常用的各种地球参考系原点和轴向的定义，实现的方法、精度，不同地球参考系之间的转换参数等等。     

上海天文台的VLBI、SLR、GPS站的空间归心测量

上海天文台的余山VLBI、SLR和GPS站是国际上用以建立和维持地球参考系进行全球动力学研究的基准台站之一。联合应用这些空间测量,需要知道这三个站心间的三维相对位置。本文采用GPS技术及常规的方向、距离和精密水准测量对三个站进行了空间归心测量。介绍了布网、观测和计算方法,得到的归心结果在坐标分量上能达到2cm的外附精度。     

完整后牛顿近似下原时与坐标时的转换

IAU2000通过了新的时空参考系和时间尺度决议,建议时空坐标理论必须在完整的后牛顿近似下来考虑.基于IAU2000决议,文中研究了在完整后牛顿近似下相对论参考系的基本概念、太阳系质心天球参考系(BCRS)和地球质心天球参考系(GCRS)的定义及其转换公式;推导了原时与坐标时之间的理论关系和严格转换公式.得到的理论公式可为进一步确定或定义相对论框架下的其它时间尺度(例如地球时和太阳系动力学时)提供了严格的理论基础和依据.     

广义相对论框架中有关时间的定义与应用

在完整后牛顿近似下的太阳系质心参考系和地球质心参考系的定义及其转换关系的基础上,研究了在广义相对论框架下各种时间系统(太阳系质心坐标时、地球质心坐标时、太阳系动力学时和地球时)的定义、以及它们的具体实现和相互之间的转换关系,为空间大地测量学的研究提供了明确的时间概念和理论依据.     

完整后牛顿近似下原时与坐标时的转换

IAU2000通过了新的时空参考系和时间尺度决议，建议时空坐标理论必须在完整的后牛顿近似下来考虑。基于IAU2000决议，文中研究了在完整后牛顿近似下相对论参考系的基本概念、太阳系质心天球参考系(BCRS)和地球质心天球参考系(GCRS)的定义及其转换公式；推导了原时与坐标时之间的理论关系和严格转换公式。得到的理论公式可为进一步确定或定义相对论框架下的其它时间尺度(例如地球时和太阳系动力学时)提供了严格的理论基础和依据。     

广义相对论框架中有关时间的定义与应用

在完整后牛顿近似下的太阳系质心参考系和地球质心参考系的定义及其转换关系的基础上，研究了在广义相对论框架下各种时间系统(太阳系质心坐标时、地球质心坐标时、太阳系动力学时和地球时)的定义、以及它们的具体实现和相互之间的转换关系，为空间大地测量学的研究提供了明确的时间概念和理论依据。     

基于SOFA的ITRS与ICRS相互转换方法研究

基础天文标准库(SOFA)是国际地球自转服务(IERS)协议提供的关于地球姿态、时间尺度和历法的一系列程序集;国际地球参考系(ITRS)与国际天球参考系(ICRS)是描述自然天体或人造天体在空间的方向或位置,地面站或运动物体在地球上的位置和运动速度的基础参考系统。本文主要介绍了ITRS与ICRS的发展以及基于SOFA的ITRS与ICRS之间不同的转换方法的实现。     

测站坐标时间序列跳变探测研究及对TRF的影响

针对地球参考架测站坐标残差数据中仍存在一些较大的未被标注的跳变,这会引起该测站坐标和速度因未标注的跳变而估计有误的问题,该文利用广义离群检测(GESD)算法的粗差和野值探测及基于t-检验序贯格局转换分析(STARS)法的跳变探测,更好地剔除了野值、标志出了未被标注的跳变.由于测站坐标时间序列的复杂性,跳变检测的误报率和漏检时有发生,故该文采用了与STARS方法相结合的差值法和人眼观察法综合检测跳变;然后基于上海天文台建立的中国地球自转与地球参考系服务地球参考架和地球定向参数确定软件包,重新进行地球参考框架建立和维持,消除未标注跳变对地球参考框架的不利影响.结果 表明,重新解算的测站坐标残差明显减小,对测站非连续性也有了很好修复,不仅提高了地球参考架精度和稳定性,而且有助于后续周期性信号的拟合和提取.     

内核地球模型的形变场和地球参考系

讨论了内核地球模型的形变场（ 位移、速度） 和地球参考系的确立, 为内核地球动力学的研究提供了依据。     

ITRF2000框架坐标转换到ITRF1997框架下的研究与应用

在随着2000国家大地坐标系在全国不断推广与应用,将ITRF2000框架下的坐标转换到CGCS2000框架时,需先转换到ITRF1997框架下。本文采用布尔沙-沃尔夫模型对基于不同基准的两框架之间进行坐标转换,设计了七参数求解程序,并通过实例分析验证其准确性和可靠性。     

ITRF2005参考框架的综合探讨

对近年来精度高、应用较多的国际地球参考架ITRF2005做了简单概述,指出了ITRF2000与ITRF2005之间在解的生成、基准的定义和实现等方面的不同。此外,ITRF2005除了包含作为参考框架体现的站点坐标和速率之外,还包含一起参与联合处理的地球定向参数：极移、极移速率、日长、UT1的时间序列[1]。重点阐明ITRF2005的实现的基本情况及其相对于ITRF2000所作改进的理由和合理性。     

WGS84与ITRF框架间的坐标转换分析

简要介绍了WGS84坐标系和ITRF框架,给出了不同ITRF框架间的坐标转换流程,并利用实例对WGS84与ITRF框架间的转换关系进行了验证分析.结果表明,ITRF2008与WGS84坐标基本一致,但由于ITRF框架的站速度对站坐标的影响与时间成正相关,当需要采用ITRF框架时,应选用最新的国际地球参考框架.     

利用北斗系统建立和维持国家大地坐标参考框架的方法研究

2000中国大地坐标系统（China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000）的建立和维持主要依赖于GPS技术,不利于保障国家时空信息安全。中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）提供亚太区域服务,可满足中国及周边地区高精度定位导航应用需求,对建立和维持国家大地坐标参考框架具有重要意义。研究利用已建成的北斗基准站网观测数据,实现基于BDS技术、并与国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame,ITRF）一致的国家大地坐标参考框架,为今后国家级和全球性北斗坐标参考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame,BTRF）的建立和维持提供理论基础和方法支撑。初步计算结果表明,积累2 a以上的观测数据,利用单独BDS数据可以获得与GPS精度相当的水平速度场,精度约为2~3 mm/a。基于单独BDS数据,测站残差平面和高程的重复性分别可优于0.8 cm和1.7 cm。利用BDS数据已可监测到测站高程方向的季节性变化。此外,还对单独BDS与GPS数据计算的坐标可能存在的与经纬度相关的系统误差进行了分析。总体来说,目前的北斗系统可满足建立和维持中国cm级大地坐标框架的需求。     

ITRF2000和新的全球板块运动模型

地学工作者一直关注的ITRF2000地球参考框架初步结果已于2001年3月19日公布，ITRF2000综合了VLBI、SLR，LLR，GPS和DORIS技术，产生736个点位坐标和54个核心站，文中介绍了ITRF2000，并利用ITRF2000综合解的结果计算全球板块的欧拉矢量，建立了基于空间实测数据基础 的最新全球板块运动模型。     

坐标框架转换若干问题的研究

介绍了ITRF框架之间的转换问题,用IERS公布的不同ITRF转换的14个参数,把不同ITRF下的精密星历文件和IGS站的坐标转换到其他的ITRF框架下,并利用GAMIT软件进行数据处理,根据得到的结果分析ITRF框架。     

我国大地坐标系的换代问题

首先指出了我国现有大地坐标系在先进性和实用性方面存在的问题，提出了我们面临的选择与采用地心坐标系的建议，然后就地心坐标系的定义和实现、参考椭球常数、正常重力公式等问题提出了初步意见，并就坐标系改变对旧地形图的影响问题进行了研究。我国大地坐标系应由局部坐标系更新为地心坐标系。我国大地坐标系的定义应与IERS(国际地球自转服务)协议相一致，采用国际常用的参考椭球和正常重力公式。本文提出的参考椭球和正常重力公式符合这些原则，提出的地形图坐标系变化改正方案应是基本可行的。     

ITRF2008与CGCS2000坐标系的转换

由于当前精密星历所对应解算的ITRF框架坐标为ITRF2008参考框架,而在1∶10 000基础测绘生产项目要求提供CGCS2000坐标系成果,论述了ITRF2008到CGCS2000间的框架转换的方法及转换后精度分析,并重点分析了转换的关键性问题。     

WGS84与ITRF2000参考框架坐标转换的研究及应用

随着全球参考框架的日趋成熟,ITRF参考框架在大地测量学和地球动力学方面的作用也越来越重要。常规地面测量成果或是属于国家的参心大地坐标系,或是属于地方独立坐标系,而GPS定位结果属协议地球地心坐标系,即WGS?84坐标系。因此必须实现GPS成果的坐标系的转换,以便将GPS成果更好的应用于我们的国民生产和实践之中,这就存在一个坐标的转化问题。本文就它们之间的转换提出具体的转化模型,求得转换七参数并应用于实例,获得了很好的转换结果。     

ITRF2014参考框架的实现与改进

ITRF2014通过对多种空间大地测量技术解的联合处理,在ITRF2014建立过程中首次对非线性运动建模,包括季节性变化的估计和震后形变(PSD)模型的应用。针对基准定义、输入数据和数据处理策略等方面介绍ITRF2014实现的基本情况,并对之前版本进行优化改进。