虚拟压缩恢复法在物理大地测量学中的应用(英文)

The fictitious compress recovery approach is introduced, which could be applied to the establishment of the Rungerarup theorem, the determination of the Bjerhammar＇s fictitious gravity anomaly, the solution of the ＂downward con- tinuation＂ problem of the gravity field, the confirmation of the convergence of the spherical harmonic expansion series of the Earth＇s potential field, and the gravity field determination in three cases： gravitational potential case, gravitation case, and gravitational gradient case. Several tests using simulation experiments show that the fictitious compress recovery approach shows promise in physical geodesy applications.     

确定地球外部重力场的虚拟压缩恢复法

自申文斌提出引力位虚拟压缩恢复法[1,2 ] 并证明了级数解的一致收敛性[3 ] 之后 ,宁津生和申文斌等又提出了引力场虚拟压缩恢复法[4] 本文在指出了Stokes理论、Molodenskii理论以及Bjerhammar理论所存在的缺陷或不足之后 ,概述了引力位虚拟压缩恢复法 ,用新的观点考察了引力场虚拟压缩恢复法并证明了由此得到的级数解是一致收敛的 ,提出了引力梯度场虚拟压缩恢复法 ,最后给出了确定高程的模型     

国外共享海洋重力数据精度分析

针对国外共享海洋重力数据来源不一,数据精度不确定等问题,该文提出了在实际应用中利用相关系数法及中误差分析等方法对其进行质量评估。选取了有实测海洋重力数据覆盖的海域,以实测重力数据为基准,联合皮尔逊方法及中误差分级分析等方法,对同海域内国外共享的重力数据开展了质量评估,并对数据精度评价结果进行了分析。结果证明,该海域内国外共享的海洋重力数据精度为±8×10~(-5) m/s~2,数据质量总体较高,可在剔除异常跳点后应用到实际的研究工作中。     

边值问题虚拟压缩恢复原理及其在Bjerhammar理论中的一个应用

在引力位虚拟压缩恢复法的基础上,进一步发展该法,使其适合于任意一个正则调和函数u.对于任意一个有限单连通形体Ω(其边界是简单封闭曲面),假如给定了边值u| ,并且假定u在上述形体的外部调和,在无穷远处正则,则可根据虚拟压缩恢复思想精确而严密地求出整个外部空间的u场.于是,可将虚拟压缩恢复法提升为虚拟压缩恢复原理.作为一个应用实例,本文简明地给出了Bierhammar理论所需要的虚拟重力异常.     

正常重力场的确定以及相关的一个理论问题

给定参考椭球体的四个基本参数,椭球体产生的外部正常重力位场可利用传统方法确定。本文基于WGS84参考椭球的四个基本参数和压缩恢复法,确定了一个定义在半径为6000km内部球的外部正则调和的虚拟正常场。在mm级精度水平下,所确定的虚拟正常场在椭球体外部与真实正常场一致。基于虚拟正常场,可解决物理大地测量学中存在的一个无定义问题。     

基于GNSS水准和重力场误差特性的大地水准面精度评估方法

缺乏有效的大地水准面成果精度评估方法,是高程基准现代化及其成果应用面临的关键问题。本文基于GNSS水准高程异常与重力场频域误差特性,研究GNSS水准与重力地面高程异常融合的技术要求,进而提出一种大地水准面成果的误差表达与精度评估方法。经示例测试分析,得出主要结论如下:①实用地面高程异常(即融合后的似大地水准面)精度,应采用随距离非线性变化的高程异常差误差曲线表达;②似大地水准面的精度评估,推荐采用两项误差指标和两条误差曲线共4个要素完整表达,即重力地面高程异常差误差、实用地面高程异常内部误差、实用地面高程异常差误差曲线与GNSS水准高程异常差误差曲线;③当两个GNSS水准点间距离接近或小于所有GNSS水准点平均间距时,GNSS水准高程异常对实用地面高程异常的贡献起主要作用;④较大空间尺度的实用地面高程异常精度主要依靠重力地面高程异常控制。     

Accuracy analysis for SST gravity field model in China

IntroductionThe high-accauary and high-resolution Earth’sgravity field can be recovered with satellite-to-satellite tracking (SST) technique , the preciseintersatellite tracking technique . The SSTtech-nique has been studied since 1960’s . The modesof S…     

Accuracy analysis for SST gravity field model in China

Taking China as the region for test the potential of the new satellite gravity technique, satelliteto-satellite tracking for improving the accuracy of regional gravity field model is studied. With WDM94 as reference, the gravity anomaly residuals of three models, the latest two GRACE global gravity field model (EIGEN_GRACE02S, GGM02S) and EGM96, are computed and compared. The causes for the differences among the residuals of the three models are discussed. The comparison between the residuals shows that in the selected region, EIGEN_GRACE02S or GGM02S is better than EGM96 in lower degree part (less than 110 degree). Additionally, through the analysis of the model gravity anomaly residuals, it is found that some systematic errors with periodical properties exist in the higher degree part of EIGEN and GGM models, the results can also be taken as references in the validation of the SST gravity data.     

多类重力场模型的精度分析

分析国际公布的EGM2008、GECO和EIGEN-6C4等超高阶重力场模型及GOCO03S、GOCONSGCF2DIRR5和GOCONSGCF2TIMR5等低阶重力场模型的内符合精度。利用实测的GNSS/水准数据对各模型进行外符合精度的检核。分析6个模型在不同阶次组合的精度,进而选取可靠的截断阶次确定组合重力场模型。计算结果表明:EGM2008、GECO、EIGEN-6C4及DIRR5四个重力场模型的阶方差均保持在mm级,而GOCO03S在191阶之后的精度达到dm级,TIMR5模型在228阶之后的精度达到dm级;6个重力场模型中,EIGEN-6C4模型的累计阶方差最小;EGM2008、GECO模型的互差阶方差在高频部分呈现差异,而在超高阶部分两种模型的互差阶方差符合性好;与EGM2008模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.063 m,精度提升幅度为15%,与GECO模型相比,其组合重力场模型高程异常精度最优可达0.060 m,精度提升幅度为23%,与EIGEN-6C4模型相比,其对应的组合重力场模型高程异常精度最优可达0.064 m,精度提升幅度为18%,因此,组合重力场模型能提高重力场模型高程异常的精度。     

Efficient GOCE satellite gravity field recovery based on least-squares using QR decomposition

We develop and apply an efficient strategy for Earth gravity field recovery from satellite gravity gradiometry data. Our approach is based upon the Paige-Saunders iterative least-squares method using QR decomposition (LSQR). We modify the original algorithm for space-geodetic applications: firstly, we investigate how convergence can be accelerated by means of both subspace and block-diagonal preconditioning. The efficiency of the latter dominates if the design matrix exhibits block-dominant structure. Secondly, we address Tikhonov-Phillips regularization in general. Thirdly, we demonstrate an effective implementation of the algorithm in a high-performance computing environment. In this context, an important issue is to avoid the twofold computation of the design matrix in each iteration. The computational platform is a 64-processor shared-memory supercomputer. The runtime results prove the successful parallelization of the LSQR solver. The numerical examples are chosen in view of the forthcoming satellite mission GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer). The closed-loop scenario covers 1 month of simulated data with 5 s sampling. We focus exclusively on the analysis of radial components of satellite accelerations and gravity gradients. Our extensions to the basic algorithm enable the method to be competitive with well-established inversion strategies in satellite geodesy, such as conjugate gradient methods or the brute-force approach. In its current development stage, the LSQR method appears ready to deal with real-data applications.     

基于超高阶重力场模型阶方差的截断误差分析

针对利用重力场模型方法计算地球外空间扰动引力的精度时,模型截断误差是主要的影响因素这一问题,该文利用重力场模型阶方差分析地球外部空间扰动引力截断误差,并与用重力异常阶方差Rapp模型进行比较。实验结果表明:在低阶低空部分,Rapp模型与实际重力异常阶方差相差最大,达到17.125 3mGal;重力场模型计算扰动引力与计算点高度有着密切联系,截断误差的大小随着高度的增加迅速衰减;当计算高度为0.2km时,使用36阶的模型计算扰动引力,截断误差达到25.957 8mGal;当计算高度超过400km时,即使用36阶模型,截断误差也可以控制在1.5mGal内。     

变权组合模型两种定权方法精度探讨

以指数曲线模型和泊松曲线模型为基础,对基于绝对误差平方和最小与绝对误差绝对值之和最小的两种定权方法进行比较分析,分别对两种模型进行变权组合。文中就确定最佳变权系数的方法进行分析研究,并以某大楼的等时距沉降观测数据为例进行验证,最后得出两种定权方法拟合精度大致相等。     

卫星测高反演海洋重力异常的精度分析

针对卫星测高技术中由于大地水准面取值受各项误差影响导致精度较低的问题,该文联合多源多代卫星测高数据,基于逆Vening-Meinesz公式确定海洋重力异常,进一步对海洋重力异常进行内部和外部检核。结果表明,卫星测高反演的海洋重力异常与EGM2008比较的精度为±7.116mgal;与船测重力异常比较的精度为7.417mgal,这与国际上对测高重力异常与船测重力异常比较精度一致。     

虚拟压缩恢复基本原理及应用实例解析

概述了虚拟压缩恢复基本原理及其在地球科学特别是边值问题中的应用。作为新的应用实例，论证了Runge定理、Runge-Krarup定理和Keldysh-Lavrentiev定理均是虚拟压缩恢复原理的推论。     

基于等高线重构误差的LOD建模及精度分析

本文运用等高线重构误差模型对细节层次模型(LOD模型)不同层次之间的精度进行研究。选取5种典型地貌区域进行试验,得到了不同地貌区域的重构误差拟合公式。根据得到的公式,可内插得到各种分辨率比率的重构误差。同时,利用逆公式,又能由重构误差确定相应的分辨率比率,为评价LOD模型精度提供了一种新的方法和思路。     

低轨卫星初始状态误差对反演地球重力场的影响

基于动力学法反演地球重力场的基本理论,研究了卫星初始状态向量误差对应用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场的影响。在仅考虑低轨卫星初始状态误差的情况下进行了模拟计算,结果表明:在利用低轨卫星精密轨道数据反演地球重力场时,卫星初始状态向量误差需要重新进行估计;在目前的轨道精度水平下,若不顾及误差方程二次项的影响,反演弧长不宜过长;卫星初始状态速度误差(约1.5mm/s)的影响要大于位置误差(约10 cm)的影响。     

重力场模型及GNSS/水准的区域似大地水准面精化

针对现有地球重力场模型综合利用研究较少的情况,该文利用实测全球导航卫星系统/水准数据分析GOCO03S、ITG-GRACE2010S、GO_CONS_GCF_2_DIR_R4、GO_CONS_GCF_2_TIM_R4和EGM2008等地球重力场模型不同谱域位系数对应的高程异常精度,提出对多类重力场模型进行简单谱组合和加权谱组合,并进行精度分析;然后利用这两类组合重力场模型,结合全球导航卫星系统/水准数据对区域似大地水准面的精化展开研究。计算结果表明:在实验区域,与EGM2008模型相比,采用简单谱组合法和加权谱组合法均能提高模型高程异常的精度,标准差最优分别可达0.081m和0.084m,对应精度提高幅度分别为40.9%和38.5%;以多类重力场模型为基础,经简单谱组合法或加权谱组合法得到组合重力场模型,并利用全球导航卫星系统/水准数据进行精化,可获得较高精度的区域似大水准面,精度最优可达0.048m。     

国产机载微型InSAR系统的DEM精度分析

针对我国一些多云、多雨地区光学影像获取困难,且国内机载InSAR系统获取DEM精度普遍较低的问题,该文以国产机载微型InSAR系统为依托,首先,对InSAR原理和DEM获取流程进行了分析,着重对运动补偿和基线估计方法进行了归纳分析;其次,使用实验数据对国产机载微型InSAR系统的高程精度进行了验证分析,检查点高程中误差为0.44m,结果表明使用国产机载微型InSAR系统可以获取高精度DEM数据,满足我国测量规范对于丘陵地区1∶5 000成图比例尺地形图的要求;最后,为了进一步提高国产微型InSAR系统的测量精度,对控制点位置、定标器、DEM局部编辑等方面提出了建议。     

地球引力位球谐级数展开的收敛性研究

Given a continuous boundary value on the boundary of a "simply closed surface"S that encloses the whole Earth, a regular harmonic fictitious field V*(P) in the domain outside an inner sphere K i that lies inside the Earth could be determined, and it is proved that V*(P) coincides with the Earth’s real field V(P) in the whole domain outside the Earth. Since in the domain outside the inner sphere Ki and the fictitious regular harmonic function V*(P) could be expressed as a uniformly convergent spherical harm...     

大范围GNSS水准与重力场模型间的系统偏差校正

大范围GNSS水准数据是评估重力场模型精度的重要独立数据源,通常大范围GNSS水准数据与地球重力场模型所对应的大地水准面不一致,导致两者间会存在系统偏差,该系统偏差会影响直接利用GNSS水准数据评估重力场模型精度的效果。本文以利用美国24 152个GNSS水准数据评估EIGEN-6C4重力场模型精度为例,提出采用分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法校正两者间的系统偏差。试验结果表明,分区常系统偏差校正法和四、五、七参数校正法均可以有效校正两者间的系统偏差,系统偏差校正后,2160阶次的EIGEN-6C4模型在美国区域内的高程异常精度优于10 cm。