海洋测量交叉点误差分析(一):交叉点误差的确定

海洋测量中的交叉点误差反应了测量的误差信息,交叉点误差分析是海洋测量数据处理的重要环节。首先对可能引起交叉点误差的误差源进行了分析,然后讨论了从交叉点误差分析中可能提取的信息,最后对数据连续化过程中交叉点的定位与交叉点误差的确定进行详细分析。研究发现在进行数据连续化以定位交叉点的过程中,交叉点处测量值的误差特性将不同于原始测量值的误差特性,而且不同交叉点误差之间可能存在相关性。导出了交叉点误差方差以及不同交叉点误差间协方差的公式,从而能够求得交叉点误差向量的方差协方差矩阵,该矩阵在后续的平差处理中具有重要作用。     

融合多源重力数据构建局部高阶重力场模型

针对利用带限型径向基函数,融合航空和地面重力数据构建高阶地球重力场模型时,航空、地面重力数据的频谱信息不一致问题,该文提出残差与先验精度比较分析法,确定出了研究区域航空数据的最佳频谱范围.结果 表明:航空重力数据系统性偏差及其径向基函数展开阶次不当可分别导致±0.019m和±0.007 m的建模误差.基于此,构建了局部区域6000阶的径向基函数融合地球重力场模型CBFM2020.通过与GPS/水准数据比较,CBFM2020的精度比EGM2008、USGG2012以及仅由地面数据得到的重力场模型均有所提高.模型建立过程中航空重力数据未进行向下延拓,而是直接在原始高度与地面数据进行融合,可为局部地区高阶重力场模型的构建提供一定参考.     

以地心纬度为变量的常用纬度正反解符号表达式

借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导了地图投影学中等距离纬度、等角纬度、等面积纬度与地心纬度之间的正反解直接展开式,并将式中的系数统一表示成关于椭圆偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。与以往反解方法不同的是,采用符号迭代法进行以地心纬度为变量的等距离纬度、等角纬度、等面积纬度的反解,并使用最大差异值作为衡量精度的标准。算例分析表明,以地心纬度为变量的常用纬度展开式在结构和形式上与以大地纬度为变量的辅助纬度保持一致,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,其直接展开式的精度分别优于(1×10-8)″和(1×10-10)″,可以满足大地测量和地图投影精密计算的需要。     

北斗三号卫星观测信息高度角相关随机模型统计特性分析

观测信息随机模型在参数估计、质量控制和精度评定过程中具有重要作用,准确的观测信息随机模型是北斗精密定位的基础。首先,利用简化的Helmert方差分量估计方法估计北斗三号卫星观测信息精度,并拟合模型系数;然后,利用全局检验和$\omega$检验对基于分段函数、正弦函数、余弦函数和指数函数的随机模型进行统计检验,分析随机模型统计特性;最后,利用精密单点定位（precise point positioning,PPP）检验各随机模型对定位性能的影响。实验结果表明,北斗三号卫星的伪距和载波相位观测值精度均与高度角相关,且观测类型不同,相关程度不同;基于指数函数的随机模型在拟合误差、全局检验和$\omega$检验中均表现出最优的性能,全局检验浮点解和固定解的误警率仅为5.1%和4.9%,$\omega$检验伪距和载波相位最大误警率分别为5.8%和6.8%,PPP收敛时间最短,定位精度最高。基于指数函数的随机模型能够准确描述北斗观测信息精度,提高北斗三号卫星精密定位结果的精度和可靠性。     

CGCS 2000与PZ-90.02坐标系的对比

根据CGCS 2000和PZ-90.02坐标系的椭球基本常数,推导和比较了CGCS 2000椭球和PZ-90.02椭球的主要几何参数和物理参数,分析了同一点在两个椭球下的大地坐标、正常重力以及正常重力垂直梯度的差异。研究表明,同一点在CGCS 2000椭球与PZ-90.02椭球下的大地坐标差值随着经纬度变化而变化,经度、纬度和高度的最大差值的绝对值分别约为0.147 743 00″、0.011 603 10″和0.772 345m;CGCS 2000椭球与PZ-90.02椭球上的正常重力值和正常重力垂直梯度的差值的绝对值分别约为3.067 18×10~(-6)m/s~2和1.461 73×10~(-3)E。     

常用地球半径差异符号表达式

对测量和地球科学计算中5种常用地球半径进行了全面系统的比较,借助计算机代数系统推导出常用地球半径之间的差异最值点及其对应的最值和它们之间相等点大地纬度的符号表达式,并将其表示为偏心率e的幂级数形式,最后以CGCS2000椭球为例,将各个常用地球半径的差异明确到数值上。结果表明,常用地球半径之间差异在纬度为90°时存在最大值,在纬度为0°时存在最小值,平均曲率半径与等距离球半径间差异最大,平均曲率半径与平均球半径间差异最小。这些结果可为地球科学、空间科学、导航定位相关研究提供理论依据。     

地图投影经纬网构形规律研究

针对地图投影的经纬网构形存在怎样的规律问题,该文在论述常规地图投影具有一条中央直经线,投影的经纬网具有镜射变换特点的基础上,对地图平面上的经纬网、中央经线及其类型、地图投影的不同空间结构的经线族、纬线族进行了数学表达。通过引入无穷大数学的相关概念,阐释了地图投影的拓扑不变性。在定义若干经线族和纬线族的基础上,应用不同经线族和纬线族组合成常规地图投影和具有跨极中央经线的混合型地图投影的原理,对经纬网的构形规律进行了描述和解释。     

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。     

等角圆锥投影基准纬度非迭代算法

为简化传统正轴等角圆锥投影求解基准纬度时繁琐的迭代算法,引入平均纬度和平均纬差的概念,借助计算机代数系统Mathematica,在平均纬差处级数展开,导出了基于球体模型的正轴等角圆锥投影求解基准纬度的非迭代算法。以全国和不同纬差的省区为例,将其与传统椭球迭代算法进行对比分析。结果表明,推导的基于球体模型的非迭代公式计算基准纬度B0、B1、B2的相对误差最大值为2.011%,长度变形的相对误差小于1×10-6,基本可满足全国以及各省区地图制图的精度要求,从而验证了所研究算法的精确性与实用性。     

西太平洋"北斗双星"有源定位与DGPS动态定位试验

通过分析2004年8~10月西太平洋“北斗双星”有源定位及DGPS动态定位试验数据,讨论了“北斗双星”有源定位系统相对于DGPS的定位误差,构建了“北斗双星”有源定位系统在西太平洋试验海域的WGS-84与1954年北京坐标系统间的坐标转换模型。研究表明,“北斗双星”有源定位系统在试验海区的定位精度约为±37.54 m。