辅助纬度反解公式的Lagrange级数法推演

对地图投影理论中经常遇到的等距离纬度、等量纬度和等面积纬度的反解公式进行了新的研究。利用Lagrange级数公式,借助计算机代数系统强大的数学分析功能,全面给出了这些纬度用椭球偏心率幂级数形式表示的反解公式。与以往数值形式表示的反解展开式不同,这些反解公式是以符号形式给出。研究表明计算机代数系统的应用不但极大地提高了公式推演的效率和准确度,而且反解系数从此可以表示为更简单和更便于记忆的符号形式。     

复变函数表示的高斯投影非迭代公式

借助复数理论讨论了高斯投影的复变函数表示。引入了等量纬度反解的直接展开式,借助计算机代数系统Mathematica推导出了子午线弧长与等量纬度之间的关系式,并将其拓展至复数域,导出了形式紧凑、结构简单的高斯投影正反解非迭代公式,并在此基础上给出了适合计算机计算的表达式及其相关系数在不同参考椭球下的数值形式。算例结果表明本文公式计算精度在10^-6s以上,可供实际使用。     

子午线弧长正反解表达式3种形式的解析

为了分析不同表达式在计算效率方面的影响,给出了子午线弧长的3种表达形式,将其展开系数改写为第三扁率n的表达形式,并对不同形式的子午线弧长的截断误差进行计算分析,选取合适的项数,给出展开式的实用公式。结果表明,基于n表示的子午线弧长,其系数在分数形式上看起来位数更少,形式更简单,更便于推广使用;当正解精度为毫米时,展开式只需保留前4项即可满足精度,当反解精度为0.000 1″时,展开式只需保留前4项即可满足精度;对于3种表达形式,二倍角形式计算效率最高,因此建议在子午线弧长正反解过程中采用二倍角形式。     

纬度正反解问题的傅里叶级数解算方法

讨论了一种在一般闭区间上连续的无穷级数展开方法,针对测量和地图学中常用纬度间正反解等一类问题,给出了一种傅里叶级数解算方法,并进行了相应的理论分析和计算。基于Mathematica计算机代数系统,推导出常用纬度与大地纬度间正反解的级数展开式,表明运用傅里叶级数解法可以简单表示和计算一类复杂奇函数的正反解无穷展开式。算例分析验证表明,该方法推导出的纬度正反解展开式是正确的。傅里叶级数方法为分析一类正反解问题无穷展开式的一般系数和形式提供了理论分析依据,具有通用性,丰富了纬度正反解变换的相关理论。     

子午线弧长和等面积纬度函数变换的直接展开式

为实现等距离投影和等面积投影间的直接变换,借助计算机代数系统Mathematica,推导出了子午线弧长和等面积纬度函数变换的直接展开式,将式中系数统一表示为椭球偏心率的幂级数形式,可解决不同参考椭球下的变换问题。算例分析表明导出公式的精度分别高于10-3km2和10-4m,可供实际使用。     

关于等角航线的航迹计算公式及改进

对航海常用等角航线的航迹计算公式存在的常数化和近似化问题进行了详细的分析,由地图投影等角变形理论,推导其严密计算的表达式,并借助计算机代数系统对其中复杂的数学公式进行优化,提高了航线的精度,为航海人员提供了理论依据与实用公式。实验结果表明,改进的墨卡托航法航迹计算公式精度得到了大幅度的提高,正解误差和反解误差均在毫秒级,满足航迹精确计算的需要。     

椭球情形下等角和等面积正圆柱投影间的直接变换

为实现椭球情形下等角和等面积圆柱投影间的直接变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等量纬度和等面积纬度函数间变换的直接展开式,并将公式系数统一表示为椭球第一偏心率e的幂级数形式,且统一展开至e~(10)。在此基础上建立了等角和等面积正圆柱投影间的直接变换模型,可解决不同参考椭球下的投影变换问题。精度比对结果表明本文建立的直接变换模型相比于传统间接变换模型精度提高3～5个数量级,完全可以满足地图海图制图精密计算的需要。     

一种解算椭球大地测量学反问题的方法及应用

针对解算椭球大地测量学理论反问题的复杂性,通过实例,说明了基于计算机代数系统的符号迭代法解决此类问题计算形式简洁、直观的特点。以幂级数展开理论为基础,通过一系列计算和分析,给出了符号迭代法的理论基础。讨论了符号迭代法在椭球大地测量学及其他类似领域问题中的应用,最后验证了方法的正确性。     

等面积纬度和等量纬度间的直接变换

为了便于实现等面积方位投影与椭球等角圆柱或圆锥投影之间的变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等面积纬度和等量纬度之间变换的直接表达式,进一步将表达式改进为适合电算的形式,并将其系数统一表示为关于椭球偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。通过算例分析表明:基于第三扁率n的幂级数表达式具有更紧凑的形式和更好的收敛性,且导出公式的计算误差分别小于10^-8和10^-8″,可以满足大地测量和地图制图计算精度要求。     

等角纬度与子午线弧长变换的直接表达式

为了便于实现等角方位投影与椭球等距离圆柱或圆锥投影之间的变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等角纬度和子午线弧长之间变换的直接表达式,进一步将表达式改进为适合电算的形式,并将其系数统一表示为关于椭球偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。通过算例分析表明:基于第三扁率n的幂级数表达式具有更紧凑的形式和更好的收敛性,且导出公式的计算误差分别小于10^-7″和10^-8m,可以满足大地测量和地图制图计算精度要求。     

等距圆量距法在海图上的扩展应用研究

为了解决双重极球面投影极区航海图上准确便捷量距的问题,根据等角纬度和大地纬度的关系,从理论和数值方面分析了将等距圆量距法推广应用到双重极球面投影海图的可行性、误差水平并给出了修正公式,以满足双重极球面投影航海图的极区导航应用需要。并研究了将等距圆量距法扩展到基于大地纬度应用的可行性,以满足双重极球面投影极区航海图上便捷准确的量距需要。误差分析表明,双重极球面投影海图上,基于大地纬度的等距圆量距法可行,量距误差可按相应公式修正。     

对高斯投影与横轴墨卡托投影差异的研究

借助计算机代数系统Mathematica推导了较为严密的横轴墨卡托投影公式和高斯-克吕格投影公式,通过数值计算对二者进行了分析比较,证明由于公式推导思路和公式的结构不同,两种投影方法在较为严密的计算中还是存在一定的差异的。     

高斯投影复变函数表示的实数解

在高斯投影复变函数表示的基础上,给出基于复数等角纬度、复数底点纬度的推导过程,得到了高斯投影正反解公式的实数解。其次,基于复数等角纬度,推导出子午线收敛角、长度比的复数表现形式。最后,给出了高斯投影正反解的计算过程。基于复数纬度的高斯投影,其计算精度不受带宽的限制,对于高斯投影理论有一定改善。     

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。