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。     

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。     

SLR数据质量对周期性误差检测影响的定量分析

卫星激光测距简称SLR,是目前与GPS、VLBI技术具有同等地位的测站坐标定位手段.利用SLR与GPS并置技术能够较好地检测分析因不同技术及地球物理机制引起的各种周期性误差的影响,对部分全球并置站SLR观测数据进行分析处理,发现SLR数据质量对监测周期性误差规律影响很大,即利用同一测站不同观测区间及精度的SLR数据检测得出的周期性误差差距较大,实验结论对今后应用SLR数据进行测站运动规律分析及机制研究具有重要的参考意义.     

GNSS观测数据质量对坐标解算精度的影响分析

针对陆态网络流动GNSS观测环境的变化易引起观测质量下降的问题,该文对其不同观测质量数据解算坐标误差进行分析,以便于根据不同研究区域选择不同质量的观测数据。以华北地区450个流动GNSS站为研究对象,统计结果表明,单天坐标精度总体上随着数据有效率的增大而升高,随M1和M2增大而降低,多路径效应对测站垂向的影响大于水平向;在影响测站观测环境的诸多因素中,树木遮挡影响最大。最后提出了提高数据质量的建议措施。     

视频测量机器人星识别算法在自动天文定向中的应用

天文定向是通过观测天体确定方位的高精度定向方法,在天文测量中具有重要的作用,实现自动天文定向是目前天文定向的发展趋势。基于视频全站仪的工作模式,本文提出了一种星识别定向方法。首先通过视频测量连续快速拍摄多颗星,再将高度角和方位角差作为匹配条件,识别出各恒星,最后利用观测数据和解算的恒星数据关系获得定向结果,实现天文定向自动化。本文分析了因测站坐标误差和观测误差引起的星识别误差,由此给出匹配阈值,进一步提高了匹配的精确度和准确度。     

坐标参考框架长期解内约束模型

地球参考框架是一切测绘活动、地球科学研究的物理基础。目前,地球参考框架常采用长期解的形式,即利用一组全球分布的基准站在某一参考历元的坐标和速度来表示。由于观测有误差,且各基准站又具有非线性变化,故需要对不同历元的瞬时地球参考框架进行累积,形成稳定的长期参考框架。以不同历元观测数据得到的瞬时参考框架成果为输入,构建了一种基于多历元观测数据建立参考框架长期累积解的融合模型。从坐标转换模型和测站坐标的时变模型出发,详细推导了建立长期解的函数模型,依据该函数模型的秩亏数设计了转换参数的内约束基准。采用2010-08—2014-12的国际全球导航卫星系统服务第2次处理结果进行试算,并与国际地球参考框架2014成果进行了对比。结果表明,X、Y、Z方向标准偏差分别为3.45 ?mm、4.04 mm、2.84 mm,速度精度分别为1.53 mm/a、1.46 mm/a、1.21 mm/a,X、Y、Z方向的加权均方根误差优于3 ?mm。     

上海佘山VLBI站的钟差补偿精度分析

甚长基线干涉测量(very long baseline interferometry, VLBI)台站钟差的补偿误差将导致VLBI时延观测量参考历元的偏离,进而对世界时(universal time,UT1)的准确估计产生影响。台站钟差包含格式器钟差和设备时延,设备时延是影响钟差补偿精准度的关键因素。上海佘山VLBI站是全球测地参考框架的基准站,有必要评估该站的钟差补偿精准度。利用该站2002—2017年国际测地观测数据的相关处理结果,分析了相关处理机对佘山站钟差的补偿精度。结果表明,不同VLBI相关处理机对佘山站模拟终端的设备时延补偿具有较好的一致性和长期稳定性,满足UT1测量精度需求,但是上海相关处理机对佘山站数字化终端的设备时延补偿存在大于1μs的系统差,有必要进一步改进钟差搜索方法和提高钟差补偿精度。     

不需测量时间和天文知识观测两颗未知星测定天文位角和纬度

本法在不同时间预测两颗相对于北方向足够对称的未知恒星，可精确测定目标的天文方位角和测站的天文纬度，与只用一颗未知星的类似方法相比，这种方法具有减少预测所需时间，可提供足够数量的解算方程及可提高结果精度等优点。此外，所提出了方法不需要测站的推算位置，与时间观测无关，并且不需要知道星历。一般说来，除了能观测恒星外，不需要天文知识。     

一种无需水平信息的测月天文定向方法

目前,高性能相机正在逐步代替人眼实现天文观测.本文基于鱼眼相机对月球进行跟踪成像观测,通过得到的月球图像数据和相机参数,可得到月球在相机坐标系下的位置序列,通过测站坐标和计时器记录的时间数据,可得到月球在地平坐标系下的位置序列,进而实现测月天文定向.该方法不需要相机的水平信息,利用相机和计时器即可完成定向,且内符合定向精度随时间递增,一定程度上减少了误差来源,降低了设备复杂度.     

测站数目及分布对地球自转参数解算精度的影响

为研究GPS数据解算地球自转参数(ERP)精度受测站数目及分布均衡性影响规律的问题,该文利用全球国际GNSS服务(IGS)站提供的GPS数据,设置不同测站数、不同测站分布均衡程度的解算策略,通过对比不同策略下ERP解算精度,来研究测站数目和均衡程度对ERP解算过程中的影响规律。结果表明,考虑到解算效率的情况下,测站数目选择40个时能达到最佳效果,此时极移在x方向的RMS值为0.223 081 mas,在y方向的RMS值为0.186 941 mas;对于测站分布均衡性,该文提出用观测网的网重心坐标转换为大地坐标作为评价指标,当网重心越接近地心,解算精度越高。研究成果表明在利用GPS数据解算ERP参数时,选择适当数目的测站以及分布均衡性好的解算策略可以提高解算效率及精度。     

野外天文测量中太阳位置的快速解算与应用

为了减弱旁折光对天文测量的影响,需快速且准确地计算和预报测站所在地点的太阳位置,进而准确推算出日出、日落和中天的时刻。根据野外天文测量的具体需求,本文采用并设计了一种野外天文测量中太阳位置的快速计算方法,可以准确解算一年不同自然日中地球上任意地点的太阳实时位置,误差不超过10秒,其精度足够保障高精度野外天文测量的需求。     

一种新型三维激光扫描隧道测量点云坐标定位方法的精度评估

提出了一种基于三维激光扫描仪特殊定位硬件装置和七参数坐标转换算法,对每个扫描测站点云利用最近的隧道控制点进行绝对定位,将多个隧道扫描测站数据不经过拼接就统一转换成隧道控制测量坐标系坐标的方法——点云绝对定位法,并应用误差传播理论和相应数值模拟计算对该方法的测量成果进行精度评估和重要误差来源分析。最后得出在一定条件下采用该方法获得的隧道扫描测量成果可以满足城市地铁测量规范对竣工测量精度要求的结论。     

协议地面参照系和国际地球旋转服务局

在MERIT（地球旋转监测方法和分析研究比较国际计划）工作结束时，人们已经可以清楚的看出，激光测卫（SLR）和甚长基线干涉（VLBI）可以提供精确的极移（PM）、世界时（UT）和周日长（LOP）的数据，其精度比光学天文方法和卫星多普勒追踪方法所提供的要高。其后对各种方法所得的数据作了更为详尽的研究后，这一看法就成为一个肯定的结论。用激光测卫和甚长基线干涉所测定的极的坐标，其精度通常已达±5厘米左右，测定世界时和周日长的精度则可分     

激光跟踪仪的高精度预准直方法和精度分析

新型粒子加速器对关键元件的准直测量精度要求越来越高,而现有测量仪器受自身技术发展的限制,难以在短时间内显著提高其单站测量精度,由此提出一种基于激光跟踪仪的三维测边网平差的预准直测量方法。通过布设多个测站,将定位点和测站点的坐标均作为未知参数进行平差解算,得到较高精度的定位点坐标。此外,通过比较分析不同测站数目下各定位点的解算精度,得到局部最优测站数。实验结果表明,三维测边网平差解算的定位点精度远高于同等观测条件下三维边角网平差解算的定位点精度。当采用22个测站时,各定位点的空间点位中误差的均值为8.9μm。根据4个定位点均要获得10μm以内的定位精度需求,综合考虑定位精度和工作效率两方面因素,判断布设12个测站能达到此要求。所提方法对实际工作中高精度的预准直测量和设备的安装定位具有一定的工程应用价值。     

ITRF2005:基于测站位置和地球自转参数的最新地球参考框架

与之前的国际地球参考框架(ITRF)将全球长期解作为输入数据进行组合不同,ITRF2005将测站坐标(卫星技术每星期的数据和VLBI每24小时的数据)和每天的地球自转参数(EOPs)作为输入数据。使用测站位置时间序列的优势在于可以监控测站的非线性运动和非连续性,并检验框架物理参数即原点和尺度的时变特性。ITRF2005原点定义为:相对于由SLR技术13年的观测数据所得的地球质心的平移和平移速度为零;尺度定义为:相对于由VLBI技术26年的观测数据所得的尺度及其变化率为零;ITRF2005的定向(2000.0历元)及其速率与ITRF2000中70个高质量的测站一致。ITRF2005原点(2000.0历元)及其速率相对于ITRF2000沿X,Y,Z轴在0.1,0.8,5.8mm和0.2,0.1,1.8mm/y的水平上一致,其分量的误差分别为0.3mm和0.3mm/y。两个参考框架原点间一致性差可能是因为SLR网的几何图形差。ITRF2005组合中包含了84个并置站,尺度的不一致性在2000.0历元为1ppb(赤道处为6.3mm),SLR和VLBI由各自时间序列堆栈得到的长期解之间尺度不一致性为0.08ppb/yr。这些不一致性可能是因为SLR和VLBI网形差、并置站质量不好、局部联系的不确定性、系统误差影响以及数据分析中模型改正的不一致性。ITRF历史上,ITRF2005第一次采用了紧组合的方式给出了与之相一致的EOP序列,包括由VLBI和卫星技术得到的极移和仅从VLBI得到的UT和日长数据。     

台站插值技术对检测固体地球变化的影响分析

搜集了全球约4 000个GNSS测站实测数据(站坐标和速度场信息),对固体地球体积及其变化率进行计算分析。采用板块运动模型插值方法对台站进行插值,使全球测站分布更加均匀。利用Delaunay数学模型计算固体地球体积及其变化率的结果发现:基于板块运动模型进行台站插值可以有效地提高计算结果的误差精度,不会对地球最终形态变化结论产生影响,台站数量及其分布均匀程度对计算最终结果影响较大。     

GPS技术周年系统性误差的检测与分析

当利用GPS测站坐标残差数据分析研究测站坐标周年非线性变化规律时,GPS技术本身的周年系统性误差是其中重要部分。本文针对GPS技术的周年变化特点利用并置站SLR残差数据对GPS测站残差数据中的部分周年系统性误差进行了检测分析,对于进一步量化GPS周年系统性误差对测站坐标精度以及测站坐标周年非线性变化的影响有一定的借鉴意义。     

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。     

BDS-3多频非差非组合精密定轨精度分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)五频点观测数据和非差非组合精密定轨理论，介绍了非差非组合观测模型和参数估计方法，提出了利用K均值聚类算法(K-means)进行测站选取的策略，分析并讨论了非差非组合方法的优势.通过K-means和人工经验选取两种测站选取方案，分别使用BDS-3五频，B1C+B2a、B1I+B3I三种频率选择方式，利用30个观测站，对BDS-3中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)进行精密定轨处理.结果表明：当接收B1C+B2a频点观测数据测站不足时，非差非组合方法可以通过利用五频观测数据增加观测数据数量、优化测站布局，提高定轨精度，与B1C+B2a频率组合相比，五频定轨结果切向(A)、法向(C)、径向(R)和三维(3D)方向均方根(RMS)月均值分别提升0.003 m、0.004 m、0.003 m和0.007m;K-means算法选取的测站与人工经验选取相比，分布更加合理，定轨精度更高，三种频率选择方案MEO卫星3D RMS月均值精度分别提升0.009 m、0.017 m和0.009 m.     

基于CORS系统的高精度GPS观测数据的模拟研究

目前国内建成的CORS系统以提供实时差分服务为主,对于毫米级的后处理,往往因为测站与基站的长距离需要测站长时间的观测,因此限制了CORS的应用拓展。本文通过CORS系统已知精确坐标、观测数据以及基准站间固定基线值,利用最小二乘内插方法,获取网内任意一点的空间相关误差,解决了虚拟基站的GPS观测数据的模拟,实现了CORS系统下测站与虚拟基站的短基线,从而能在短时间获取高精度的测站成果,并在苏州CORS系统下对研究成果进行测试计算及精度分析,得到了该模式下观测时间与定位精度关系的结论。