VGOS超宽带观测的首次UT1测量数据处理及分析

在国际甚长基线干涉测量（very long baseline interferometry, VLBI）大地测量与天体测量服务组织协调下,首次利用隶属于VLBI全球观测系统（VLBI global observing system, VGOS）的美国Kokee和德国Wettzell观测站及并置的传统VLBI观测站开展了世界时（universal time, UT1）联合测量试验,观测数据在上海VLBI中心进行了干涉处理。结果表明,VGOS超宽带观测系统的UT1测量精度约为7 μs,并置基线的传统S/X双频系统测量精度约为14 μs,VGOS系统的UT1解算结果优于S/X系统。通过试验建立了从相关处理、相关后处理到UT1参数解算的完整数据处理流程,验证了上海VLBI相关处理机的VGOS数据处理能力,为承担国内和国际VGOS观测数据的相关处理任务奠定了基础。     

利用中国VGOS站开展国际联测的EOP精度仿真分析

甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry, VLBI)是测量地球定向参数（earth orientation parameters,EOP）的主要空间测地技术之一,中国正在建设名为VLBI全球观测系统（VLBI global observing system, VGOS）的新一代测地VLBI站,通过国际联测优化站网构型是实现高精度EOP测量的必由之路。以3个中国VGOS站为核心站,通过引入2个国外站构建5站联合观测网,分析评估了不同站网构型的EOP测量能力。针对每个站网构型,通过调整4个约束条件的权重因子批量生成相应的观测纲要,采用蒙特卡洛仿真方法选择最优的观测纲要,评价指标为EOP解算值的可重复性。仿真结果表明,由中国站、南非哈特比站以及澳大利亚霍巴特站组成的网型EOP测量能力最强,相对于中国3站组成的网型,dUT1测量精度提高5.7倍,极移的X、Y分量的测量精度分别提高2.8倍和18.3倍。仿真结果可为后续开展高精度EOP组网观测提供参考依据。     

无水天线观测的船舶天文定位新方法

针对船舶天文定位需要同时观测天体和水天线来获取天体高度角,其定位的结果和精度常受制于水天线的可观测时段问题,该文提出了一种无需水天线观测的船舶天文定位新方法。该方法将双天体的方位角作为观测量,通过牛顿迭代法直接计算船位,不受水天线有限观测时段的限制,并且可避免画天文位置线的繁琐作业。基于天体高度方位表数据对该方法模型进行验证分析得:天体方位角测量精度越高,该方法的船舶定位误差越小,当天体方位角测量精度在±0.05°时,船舶定位误差在5nmile之内,该方法可用于夜间船舶定位,从而扩大传统天文定位使用时段。     

天然林林下地表热辐射方向性观测

热辐射方向性是影响地表温度反演精度的关键因素之一。为深入了解森林地表的热辐射方向性特征,探索林下地表的热辐射方向性规律,在夏秋两季分别用FLIR i7和T420热像仪对东北天然林下草本植被与部分裸露土壤的亮度温度进行了多角度观测和分析,采用线性近似方法对获取的方向亮温进行纠正。结果表明:(1)林下地表具有较为明显的热辐射方向性,并与地表结构有关;(2)夏季地表由植被和小部分裸露土壤组成,冠层密度大,不同天顶角观测的亮温差异较小,平均为1—1.5℃,10:30 am观测亮温最高值在东方向天顶角40°位置(太阳天顶角30.5°±0.5°,方位角149°±1°),而14:30 pm在西方向天顶角40°左右(太阳天顶角为43.5°±1.5°,方位角247.5°±1.5°);(3)秋季地表大部分为10 cm厚的枯落物,不同天顶角观测差异较夏季大1℃左右,最高亮温则均位于天顶角50°,10:30 am位于东方向(太阳天顶角为57.5°±0.5°,方位角169°±2°),14:30 pm位于西方向(太阳天顶角为73°±1°,方位角231°±1°)。(4)林龄对于林下地表的热辐射方向性有一定影响,但季节性影响更显著。因此,林下地表的热辐射方向性对遥感像元尺度亮度温度的方向性有贡献,在以后的研究中应该予以考虑。     

VLBI全球观测系统(VGOS)研究进展

甚长基线干涉测量(VLBI)因其独具的超高空间分辨率和定位精度,使其从20世纪70年代末开始就一直是各国的大地测量学研究热点。然而目前VLBI的测量水平依旧不能满足许多需要毫米级精度的科学和工程领域的需求。为促进实现全球尺度下1mm位置精度的目标,国际VLBI大地测量与天体测量服务组织(IVS)正在推进新一代VLBI全球观测系统,即VGOS。本文从组成VGOS测站的各个子系统入手,介绍了国内外当前的进展情况及未来VGOS的发展趋势,并在最后列出了现阶段依旧面临的问题和挑战。     

使用参照物的射电望远镜中心坐标测量方法

为满足新建射电望远镜在单站或多站联合进行的深空探测或射电天文观测对中心坐标精确测定的要求,提出一种利用已知精确中心坐标的望远镜作为参照物,测量地平式射电望远镜中心点坐标的方法和测量数据处理方法。这一方法对场地和设备的要求较低,能够得到毫米级或亚毫米级的位置精度。尤其适合对天线阵列的中心位置进行测量。对国家天文台密云观测站的40 m射电望远镜进行了中心坐标测量,位置均方根误差为2.312 mm,满足了后续的观测工作对其位置的需求。     

我国新一代VLBI网性能分析

利用Monte Carlo方法模拟了我国境内由10个VGOS站所组成的新一代网及其子网在不同时长的观测实验;分析了新网整网观测纲要的各项指标及整网、子网(包括单基线、3台站、4台站、5台站组成的网)EOP的估计精度。结果表明:新网在scan数、observation数、观星数等方面明显优于传统网,且EOP精度较后者高4倍;新网单基线短时间测量的UT1精度可达10μs左右;多台站子网测量时,3台站网即可实现EOP(不考虑极移y分量)的24 h连续高精度发布。     

利用智能手机GNSS信噪比反演三维地图的方法

本文利用智能手机GNSS信噪比观测值在建筑物周围的变化特征,分析其与建筑物对GNSS信号遮挡的关系,提出了一种二维概率地图的概率消减反演算法和建筑高度的邻近边界点体素化反演算法,进而采用大量观测数据反演三维地图,并对反演精度进行分析。试验结果表明,在5 m栅格地图上,取高度角为5°以上卫星的GNSS信噪比数据,达9000历元时各项精度趋于稳定,超过12 000历元时反演的建筑物中心坐标、建筑面积、角点点位及建筑高度综合效果最佳。其中心点位误差为1.16～1.74 m,面积误差为1.12%～2.39%,角点误差绝对均值为5.00～5.30 m,均方根误差为5.82～6 m,建筑高度误差为0.04～2.1 m,基本实现了利用智能移动终端GNSS信噪比数据反演三维地图的目标。     

数字照相天顶望远镜的测站坐标精度分析

针对利用数字照相天顶望远镜(DZT)测量地球自转参数中确定测站的瞬时天文坐标和国际地球参考架(ITRF)下的精确坐标问题，该文利用国家授时中心2017—2021年在丽江等多个台站的观测样机的长期测量数据，通过对分布在不同位置的多个测站的数据解算，分析了不同测站的坐标测量精度及对UT1测量的精度影响。基于2017—2021年的观测数据，进行DZT测量的精度分析。结果表明：几个测站的长期测量精度相近，天文经度长期测量标准差约为0.05 as,纬度方向为0.03 as,对UT1测量影响小于3.5 ms,该结果可为DZT测量ERP提供精确的初始坐标值。     

信号遮挡环境下融合TOA/AOD的5G/SINS组合导航算法模型与精度分析

为解决可观测基站受遮挡情况下仅采用到达时间（time of arrived, TOA）无法定位或精度较差的问题,将第5代移动通信技术（5th generation,5G）中多天线阵列提供的信号离开角（angle of departure, AOD）应用在定位解算中,通过卡尔曼滤波将5G定位与捷联惯性导航（strapdown inertial navigation system,SINS）融合,构成融合TOA/AOD的5G/SINS组合导航方案。通过模拟可观测5G基站数量充足、遮挡这两类场景下的仿真实验,对基于TOA的5G定位、基于TOA/AOD的5G定位、TOA组合导航、TOA/AOD组合导航这4种解算方法的位置误差进行了比较。仿真实验结果表明,当可观测基站受遮挡时,融合TOA/AOD进行5G/SINS组合导航能确保100%的定位成功率,并有效降低组合导航发散的概率,减小40%~70%的位置误差。     

基于GNSS天线阵列的定姿方法研究

针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验. 为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算. 实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.      

利用完全旋转法检测GPS接收机天线相位中心三维偏差

介绍用完全旋转法测定GPS接收机天线相位中心偏差的原理方法.根据天线相位中心的几何关系,在超短基线相对定位法的基础上,利用三台GPS接收机天线的完全旋转,测定天线的水平相位中心偏差;将天线倾斜45°角,测定天线的垂直相位偏差.利用此种方法求得的天线相位偏差,水平分量精度大约在±0.5 mm左右,垂直分量精度约±0.7 mm,与传统方法相当,但观测时段却大大减少.     

微型无人机辅助的三角高程测量方法

针对高程传递路线受山体植被等阻碍遮挡的通视困难区域,本文联合测量机器人的自动跟踪能力,提出了一种微型无人机辅助的三角高程测量方法。其基本原理为,两台时钟同步的测量机器人首先以悬停于遮挡区域上空的微型无人机悬挂的360°棱镜为目标,进行动态测量,并利用同步观测值计算测站间的高差;然后对影响该方法精度的主要因素及应对策略进行了分析,并制定了相应的观测流程。实际测试对比结果表明,该方法能够获得较高的高程精度,有助于在通视困难区域快速完成高程传递。     

地球自转参数预报误差对天文测量影响的分析

由于地球自转参数(ERP)的滞后性,目前主要使用国际地球自转和参考服务IERS发布的Bulletin A(简称A公报)预报值进行解算,ERP预报误差对于天文测量的影响目前缺少系统的研究。为此,本文选取IERS 2015—2021近7年A公报的ERP参数对其长期预报及不同时间跨度预报误差分析,并以某站数字天顶望远镜观测结果为例,分析了ERP预报误差对于天文测量的影响。结果表明,随着时间的增加,预报精度越来越差,对于极移参数,1年跨度的预报误差值达到了0.021 as,预报误差对天文经、纬度及方位角的影响分别为0.045 as、0.041 as和0.042 as,完全满足一等天文测量的精度要求;而UT1-UTC预报精度是限制A公报精度的主要因素,60天UT1-UTC的预报误差值已达到了0.007 s,对天文经度的影响达到了0.379 as,已超出一等天文测量的精度要求。为了满足一等天文测量的要求,选取UT1-UTC预报值时,其时间跨度最大为40 d。     

天线指北偏差±5° 对坐标框架的影响

在顾及磁偏角的修正后,规范要求GPS天线观测指北标志偏差不超过±5°,在分析与接收机有关的误差后,按同一测站,不同品牌的天线偏差在规范内的10°时计算指北误差,结果表明对于国家基准基础设施的GNSS站定位结果是不容忽视的。     

水色遥感卫星姿态对瑞利散射计算的影响

瑞利散射计算精度在海洋水色遥感大气校正中起关键作用,该文研究卫星姿态对瑞利散射计算精度的影响。卫星姿态直接影响太阳、卫星几何角度的计算精度,进而影响瑞利散射计算精度。计算结果表明,卫星滚动角对瑞利散射计算影响最大,当滚动角为2.5°时,瑞利散射计算误差达10%,且冬季比夏季误差略大。俯仰角和偏航角的影响很小,当俯仰角和偏航角小于2.5°,瑞利散射计算误差小于1%。对宽视场水色遥感卫星,若在资料预处理过程中不进行卫星姿态的修正,则要求卫星滚动角小于0.3°,才能满足瑞利散射计算精度1%的目标。     

利用GPS和海底基准点观测形变反演日本大地震(Mw9.0)同震断层滑动分布

收集了国际上发布的通过日本区域密集的地表观测数据获得的高精度同震形变位移,同时收集了靠近震中的5个海底基准点观测到的同震变形.基于以上结果采用分断层滑动模型,基于分层弹性半空间位错理论,采用二阶拉普拉斯平滑算子方法约束断层面上的滑动量,利用最速下降法求解模型的最优解,以期精化该地震断层的滑动分布,进而研究其地震活动机制.研究结果表明,日本地震断层的平均滑动为6.95m,最大滑动量为58.70m,位于东经143.17°,北纬38.25°,地震所释放的能量为4.48×1022N·rn(等效震级为Mw9.07),地震断裂主要集中于东经142°～143.8°,北纬37.2°～39.5°,海平面以下10～30 km之间区域.     

几种典型接收机天线相位中心改正计算

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性。IGS改正模型文件中给出的是每隔5°方位角和天顶角时的天线相位中心变化改正值,本文用VS程序设计通过线性内插算法获得任意方位角和天顶角下的相位中心变化改正值。     

GPS接收机天线相位中心三维位置偏差野外测定方法

本文讨论用野外观测方法测定ＧＰＳ接收机天红相位中心三维位置偏差的原理方法。该方法克服了以往在野外只能测定天线相位中心二维（平面）位置偏差的局限性。实测结果表明,它能够以毫米级精度测定ＧＰＳ天线相位中心的三维位置偏差,这是一种既方便实用,又能满足精度测定ＧＰＳ天线相中心偏差的方法。     

国外人造卫星激光测距简况

利用脉冲激光测量地面站至人造卫星（装有后向反射器）的距离是六十年代中期出现的新技术，是目前观测人卫最准确的手段。它大大超过了跟踪照相机和其它无线电方法的精度。经过十多年的努力，人卫照相机的最高精度仅达到1″（角秒）左右，对于2000公里远的卫星，相应的位置误差为10米。由于大气折射等因素的影响，要得到较大的改进，希望甚微。而人卫激光测距采用了新的测量原理，不用测量卫星的方位，而是测量其距离，这种方法受大气的影响小。由于光速在大气中变慢所引起的误差，可以根据测站的气象资料作精确改正，在地平高度10°以上，改正的误差有可能小于1厘米。因此，人卫测距技术比较容易获得2—3米的精度。