测高数据在计算海平面时的取权

根据卫星测高数据分布所具有的低纬时稀疏、高纬时密集的特点,提出了计算平均海平面时非交叉点数据的解析定权公式和交叉点数据的解析定权公式。     

近圆轨道卫星交叉点概略位置理论计算

轨道交叉点在标校卫星系统偏差参数、评估卫星载荷性能以及卫星精密定轨方面具有重要作用.针对现有轨道交叉点计算多采用搜索法结合多项式拟合方法,虽能够获取精确交叉点位置但较难分析交叉点整体分布特征的问题,该文从二体问题解析解出发,推导了交叉点概略位置理论计算公式,并分析了不同卫星轨道交叉点特性,提出了基于交叉点函数的计算方法,并用仿真试验数据对本文方法有效性进行了验证.该文方法为分析交叉点概略位置空间分布特性提供了一种思路.     

利用交叉点不符值对GOCE卫星重力梯度数据进行精度评定

研究了基于GOCE卫星轨迹交叉点不符值的SGG数据精度评定方法,针对经典评定公式评价精度偏低的不足,提出了修正的精度评定公式;分析了系统误差对上述评定方法的影响,针对尺度因子会同比例放大或缩小精度评定结果,建议利用现有的重力场模型对尺度因子进行预先标定。模拟计算结果表明,无系统误差情况下,经典评定公式评价出的数据精度比实际精度偏低,相对误差约13%,而利用本文提出的修正公式可较准确地估计数据精度,相对误差降至5%。有系统误差情况下,利用现有的重力场模型可较为准确地标定尺度因子,其标定相对误差最大值不超过2%,平均值在0.9%左右。在此基础上,利用修正公式进行数据精度评定,其结果与无系统误差情况下的结果相差无几,相对误差也在5%。     

确定局部海区海平面变化的交叉点平差

卫星雷达测高仪以连续的观测方式对全球海洋进行测量，其轨道升降弧段交叉点构成了交叉点平差的基础。本文根据测高卫星运动的动力学模型，利用交叉点上的测高数据可以看作重复“观测”的特点，通过建立动力学交叉点平差模式，试图更好地消除或削弱轨道误差的影响，提高海面高变化的测定精度。     

四叉树分解在海空重力测网交叉点搜索中的应用

交叉点快速搜索是海空重力测量数据质量评定的前提和基础。随着海空重力测网规模的不断扩大和不规则测线的出现,现有的交叉点搜索方法无法保证快速、精确地搜索到所有交叉点。引入四叉树分解方法来遍历测网交叉点,实现了交叉点附近的自动加密剖分;利用遍历比较大小取出主、副测线包络矩形的重合区域,取出的索引和实际交叉点数量相当,有效避免了大量的冗余计算。实验结果表明,该方法对于十万测点级别的美国EN01数据块,只要0.28 s即可完成搜索,对于数百万测点的测网的搜索效率也大幅优于常规方法和成熟商业软件。该方法利用遍历搜索保证了100%的准确率,同时具有很高的搜索效率,普遍适用于海空重力测网的交叉点搜索。     

计算测高卫星地面轨迹交叉点的快速数值算法

计算交叉点是卫星测高数据处理中的重要基础性工作。扩展了交叉点存在的判断条件,可用于判断任意两条卫星地面轨迹是否有交叉点。提出了一种快速计算交叉点的数值算法--矩形收缩算法。采用一个周期的Topex/Poseidon（T/P）卫星模拟轨道和一条海洋二号（HY-2）卫星实际轨迹设计了两个算例,以验证算法的精度和效率。结果表明矩形收缩法可以快速、高精度地计算出全部交叉点。以Envisat数据为例验证了算法计算近极轨道两极交叉点的适用性。该方法不仅可以计算单一卫星轨迹的交叉点,也可计算两个不同倾角卫星的轨迹交叉点,具有很强的通用性。     

卫星地面轨迹分段拟合确定交叉点的方法研究

用于消除交叉点测量误差的平差法、高度计海况偏差校正及大地水准面模型的建立等都以轨迹交叉点数据为基础。找到一种高效且精确确定交叉点位置的方法十分重要。本文以Jason-1卫星高度计为例,设计了11种弧段分段类型并据此进行拟合以确定交叉点的精确位置,从获取有效交叉点的数量和效率两方面分析,采用12段的分段拟合方法效果最优。不同倾角卫星地面轨迹会发生变化,分段节点需要根据轨迹曲线特征适当调整。本文分段设计方案及最优分段选取方法对任何倾角的卫星依然适用。     

航空重力测量数学模型及其测量精度分析

基于数学和分析力学角度分别推导了航空矢量重力测量的数学模型,得到了一致的模型公式;给出了矢量模型的3个分量形式,其中垂直方向的分量就是标量重力测量的数学模型;简要介绍了我国研制成功的航空标量重力测量系统CHAGS的数据处理的过程,分析了标量重力测量中测线交叉点和重复测线的重力异常的精度;根据实测数据计算的结果表明:测线交叉点重力异常不符值的标准差约为5×10-5ms-2左右,重复测线的内符合精度优于5×10-5ms-2,达到了预期的要求。     

航空重力测量数学模型及其测量精度分析

基于数学和分析力学角度分别推导了航空矢量重力测量的数学模型,得到了一致的模型公式;给出了矢量模型的3个分量形式,其中垂直方向的分量就是标量重力测量的数学模型;简要介绍了我国研制成功的航空标量重力测量系统CHAGS的数据处理的过程,分析了标量重力测量中测线交叉点和重复测线的重力异常的精度;根据实测数据计算的结果表明:测线交叉点重力异常不符值的标准差约为5×10-5ms-2左右,重复测线的内符合精度优于5×10-5ms-2,达到了预期的要求.     

多代卫星测高数据联合平差及重力场反演

为了解决多代卫星测高数据之间的不协调问题,基于误差验后补偿理论,提出了将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法,即首先使用条件平差法对交叉点观测方程进行平差计算,然后沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。使用新方法可大大简化联合平差的计算过程,且有利于提高计算结果的稳定性和可靠性,对规则和不规则的区域网和全球网交叉点平差问题都同样适用。实际算例证明了新方法的有效性。     

利用多代卫星测高数据反演海洋重力场

为了解决多代卫星测高数据之间的不协调性问题,本文基于误差验后补偿理论,提出将传统的交叉点平差整体解法简化为两步处理法,即首先使用条件平差法对交叉点观测方程进行平差计算,然后沿测高轨迹进行海面高滤波和推估。在此基础上,本文利用多代卫星测高数据联合平差获得的结果,进一步反演了中国海及其邻域地区的重力异常,并将计算结果同海面船测数据作了比对,实际算例已经证明了新方法的有效性。     

Local crossover analysis of exactly repeating satellite altimeter data

The crossover adjustment plays a central role in the processing of satellite altimeter measurements. The usual procedure is to form sea surface height differences at crossover points, solve for the radial orbit error (with due attention to the singular nature of the estimation problem) and then to construct altimetric sea-level maps using the mean sea surface heights at the crossover points. Our approach is very different, to make direct use of measurements at crossover points without differencing and to estimate simultaneously orbit parameters, mean sea surface height and sea surface height variability in a single, unified adjustment. The technique is suited for repeat data over an area small enough that adjoining passes may be considered to be parallel and to permit the solution of a set of linear equations of dimension equal to the number of crossover points. The size of the numerical problem is almost independent of the number of repeat cycles of the altimeter mission. Explicit recognition is given to the rank defect of the least-squares estimation problem; we show that, for an orbit model with r parameters, the rank defect of the local crossover problem is exactly r ². The defect may be overcome by choosing an appropriate set of constraints – either giving a best fit of mean sea surface heights to a reference surface, or minimising orbit parameters, or a minimum norm solution in which both mean sea surface heights and orbit parameters are minimised. There is no need to choose a reference pass, all passes are treated equally and data gaps are easily accommodated. Numerical results are presented for the south-western Indian Ocean, based on the first 2 years of altimeter data from the Geosat Exact Repeat Mission. Received: 31 May 1996 / Accepted: 19 April 1997     

嫦娥一号激光高度计数据交叉点分析与平差处理

本文对嫦娥一号激光高度计进行了轨道交叉点分析和平差方法研究。根据获取的912万个激光高度测量点进行交叉点计算,产生了整个月球表面140多万个轨道交叉点,对交叉点的位置分布特点与交叉点不符值的时间分布特性进行了系统分析,并运用4种基于时间的函数模型对交叉点不符值进行平差处理和对比分析。在试验区(0°N~60°N, 50°W~0°W)内,4种交叉点平差模型均能使交叉点高程不符值中误差从平差前的62.1m降至37m以内,在此基础上产生的DEM条带现象消失或减弱,表明交叉点平差能明显改进DEM的质量。     

卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。     

Analytical dynamic orbit improvement for the evaluation of geodetic-geodynamic satellite data

Summary Given an analytical solution (solution of the equations of motion using analytical integration techniques) an integration of the variational equations is not necessary but simply a differentiation of the analytical solution. Based on a high-precision analytical solution explicit expressions for the coefficients of the observation equations to improve state variables and force model parameters have been derived.The definition of suitable unknowns for a pure dynamic orbital improvement can be based then on an analysis of the information content of the data at hand by using those expressions.Regarding the Fourier series structure of orbital perturbations as well as the special properties of crossover difference data, the proposed technique is particularly favourable for an evaluation of Remote Sensing Data such as altimeter, SST and gradiometer data from satellites in repeating orbits.After a general discussion of the observation equations for crossover data our present results using GEOSAT altimeter data are discussed as one example for applications. Some short remarks about further applications are given.     

利用卫星测高技术确定浙江海域大地水准面

利用多颗卫星的测高数据,经共线平均及交叉点平差,建立浙江深海海域2.5′×2.5′格网分辨率的平均海面高模型,在扣除海面地形影响后得到海域的大地水准面起伏,并与EGM2008所得计算结果进行对比;利用移去-恢复技术及SVR方法,联合验潮站GPS/水准数据与EGM2008大地水准面模型,计算浙江近岸海域大地水准面起伏;最终建立浙江海域2.5′×2.5′格网分辨率的大地水准面模型。     

Recovery of Bathymetry from Altimeter Data

At present,there exist two methods used to recover the bathymetry from altimeter data,i.e.the deterministic method and the stochastic method.In this paper,the principles of the two methods are introduced first.Then according to the theory of leastsquare collocation,a modified statistical model for recovering bathymetry from altimeter data is proposed.The new model has been used for computing the ocean depth in the South China Sea from altimeter-derived gravity anomalies.Finally the predicted depths are compared with the ship-borne depth.It shows that they agree with each other very well.     

Recovery of bathymetry from altimeter data

At present, there exist two methods used to recover the bathymetry from altimeter data, i. e. the deterministic method and the stochastic method. In this paper, the principles of the two methods are introduced first. Then according to the theory of least-square collocation, a modified statistical model for recovering bathymetry from altimeter data is proposed. The new model has been used for computing the ocean depth in the South China Sea from altimeter-derived gravity anomalies. Finally the predicted depths are compared with the ship-borne depth. It shows that they agree with each other very well.     

资源三号02星激光测高仪在轨几何检校与试验验证

我国在资源三号02星上首次搭载了一台用于对地观测的试验性载荷——激光测高仪,开展对地观测的激光测高试验。由于卫星发射时的振动以及入轨后空间环境变化等因素影响,激光测高仪的指向、测距等系统参数相对于发射前地面测量值可能发生变化,从而引起激光的平面和高程误差。本文根据资源三号02星激光测高仪特点,提出了一种基于地面探测器的在轨几何检校方法,该方法构建了以指向、测距为系统误差的严密几何检校模型,以激光测距值残差最小为原则,利用地面探测器捕获的激光光斑位置作为参考,实现系统误差参数高精度在轨几何检校。利用卫星在轨测试期间多个试验场数据进行检校后,以有关DEM数据作为地面参考比对,地形坡度小于2°区域内的激光点高程精度由检校前的100~140m提高到2~3m。利用平坦地区激光足印内少量GPS外业控制点进行验证对比,检校后激光高程测量的绝对精度优于1m。试验结果表明了资源三号02星激光测高仪在轨几何检校方法的有效性和正确性。