星载加速度计校准对GRACE轨道动力学平滑的影响分析

本文分别以美国喷气推进实验室（JPL）发布的GRACE卫星约化动力学轨道和ITSG发布的几何轨道作为观测值,利用动力学法分析星载加速度计校准对轨道平滑结果的影响,弧长固定为24 h.对比结果表明:以ITSG发布2009年5月1日的几何轨道作为观测值的结果可知,偏差参数采用一阶项15 min估计一次、尺度模型为对角填充的策略可以提高轨道平滑的精度,得到的动力学轨道与JPL发布的约化动力学轨道残差在X方向、Y方向和Z方向的均方根（RMS）值分别为1.89 cm、1.76 cm、1.56 cm.      

拟合法改正南极泄露误差最佳外扩边界的确定及其应用

以GRACE CSR Mascon为模拟数据,讨论边界外扩及外扩范围内海洋信号对拟合法改正南极泄露误差的影响。实验表明,仅考虑南极信号泄露时,拟合边界至少为南极海岸线外扩300 km;当考虑外扩范围内的海洋信号对南极质量变化及其空间分布的影响时,最佳拟合边界为海岸线外扩100 km。采用最佳外扩边界线利用拟合法估算的CSR RL05时变重力场模型的南极质量变化速率为-178.61 Gt/a,其质量变化空间分布与Mascon模型一致性较好。     

利用GOCE卫星轨道反演地球重力场模型

根据积分方程法反演地球重力场的数学模型,利用GOCE卫星2009-11-02～2010-01-02共61d的精密轨道数据反演了几组地球重力场模型。结果表明,GOCE卫星轨道能有效提取地球重力场的长波信息,弥补了GOCE卫星重力梯度带宽的限制,在106阶次的大地水准面误差为±9.6cm,该阶次精度优于EIGEN-CHAMP03S及GRACE卫星两个月轨道反演地球重力场的精度,但由于两极空白,反演的带谐位系数精度偏低。联合GOCE及GRACE卫星轨道反演的模型在106阶次的大地水准面误差为±6.9cm,弥补了GOCE卫星轨道的缺陷。     

基于卫星轨道扰动理论的重力反演算法

为了更充分利用低轨重力卫星的高精度观测数据,根据卫星轨道的扰动理论,导出了应用卫星轨道与星间距离观测值联合反演地球重力场模型的算法.该算法的实质是将牛顿运动方程在卫星轨道处进行展开,转化为第二类Volterra积分方程,并采用基于移动窗口的9次多项式内插公式进行数值求解.给出了该算法的观测方程,用QR分解法消去局部参数矩阵,最后采用预条件共轭梯度法求解法方程.利用GRACE卫星2008-01-01~2008-08-01时间段内的轨道及星间距离观测数据,解算了120阶次的地球重力场模型SWJTU-GRACE01S,该模型在120阶处的阶方差为1.58×10-8,大地水准面差距累计误差为22.29 cm,与美国GPS水准网比较的标准差为0.793 m,结果表明:SWJTU-GRACE01S模型精度介于EIGEN-GRACE01S与EIGEN-GRACE02S模型之间,从而验证了该算法的有效性.     

适用于任意旋转角的三维直角坐标转换方法

直接从三维直角坐标转换的非线性方程出发,根据最优化问题的极值条件,采用基于同伦连续思想的Li-Yorke算法进行求解。结果表明,该方法是一种结果稳定、精度较高的大范围收敛方法,适用于任意旋转角的三维直角坐标转换。     

部分最小二乘平差的快速多维粗差定位定值法

根据部分最小二乘平差原理把观测值按照是否含有粗差分成两组,对含有粗差和不含粗差组分别实施最小二乘平差,从而实现粗差的定位定值。针对原部分最小二乘平差法在分组时速度慢、效率低的缺点,利用观测值改正数的特点,改进了分组方法,从而加快了分组速度,提高了粗差探测效率。     

利用GRACE监测中国区域干旱及其影响因素分析

利用2003-01~2012-12的GRACE时变地球重力场模型计算我国长江中下游平原、西南地区和华北平原陆地水储量变化的时间序列。结果表明,长江中下游平原和华北平原的陆地水储量变化量最低值在2011-05,西南地区最低值在2010-03。根据陆地水储量变化的水平衡原理计算3个区域地下水储量变化情况。结果表明,长江中下游平原和西南地区地下水储量呈缓慢增长的趋势,增长速率分别为0.54 mm/月和0.34 mm/月;华北地区呈缓慢减小的趋势,减小速率为0.33 mm/月。3个区域干旱时期地下水储量的亏损情况分别为：长江中下游平原-21.31 mm/月,华北平原-19.88 mm/月,西南地区-15.72 mm/月。最后,用NOAA发布的月降雨和气温数据对3个区域干旱期间的降雨量和蒸发量进行量化,分析3次干旱产生的原因。结果表明,西南地区2010年春季干旱的主要原因是气温异常,长江中下游平原和华北平原2011年干旱的主要原因是降雨量偏少。     

基于形态学与区域生长的机载LiDAR点云数据滤波

针对形态学滤波存在的地形过度腐蚀以及区域生长滤波需要大量地面种子点的问题,提出一种点云数据由粗到精的两级滤波策略。对机载LiDAR点云数据进行多尺度形态学滤波得到粗略DEM("粗滤波"),由此可提供大量的地面种子点用于区域生长,进而得到精细DEM("精滤波")。利用ISPRS提供的滤波数据进行测试,结果表明,该滤波算法对地形适应性较强,可有效保证地形特征,具有更好的稳健性。     

利用GOCE卫星轨道数据恢复地球重力场模型方法的分析

欧空局早期公布的时域法和空域法解算的GOCE模型均采用能量守恒法处理轨道数据, 但恢复的长波重力场信号精度较低, 而且GOCE卫星在两极存在数据空白, 利用其观测数据恢复重力场模型是一个不适定问题, 导致解算的模型带谐项精度较低, 需进行正则化处理。本文分析了基于轨道数据恢复重力场模型的方法用于处理GOCE数据的精度, 对最优正则化方法和参数的选择进行研究。利用GOCE卫星2009-11-01—2010-01-31共92 d的精密轨道数据, 采用不依赖先验信息的能量守恒法、短弧积分法和平均加速度法恢复GOCE重力场模型, 利用Tikhonov正则化技术处理病态问题。结果表明, 平均加速度法恢复模型的精度最高, 能量守恒法的精度最低, 短弧积分法的精度稍差于平均加速度法。未来联合处理轨道和梯度数据时, 建议采用平均加速度法或短弧积分法处理轨道数据, 并且轨道数据可有效恢复120阶次左右的模型。Kaula正则化和SOT处理GOCE病态问题的效果最好, 并且两者对应的最优正则化参数基本一致, 但利用正则化技术不能完全抑制极空白问题的影响, 需要联合GRACE等其他数据才能获得理想的结果。     

冰川均衡调整模型对全球质量变化的影响分析

利用国际上常用的8个冰川均衡调整（GIA）模型分别对利用卫星重力(GRACE)数据解算的2005~2014年全球质量变化趋势进行GIA改正。在对南极地区进行改正时发现,ICE-6G_C、ICE-6G_D和IJ05这3种模型的改正值相近;在对全球海水质量变化趋势进行改正时发现,不同改正模型对全球海水质量变化影响的均值都小于-2.0 mm/a;对比陆地水及冰盖对海水质量变化趋势的贡献,同时联合卫星测高和Argo温盐数据集进一步验证发现,Paulson07、GW13和ICE-6G_D模型对全球海水质量改正效果较好。综合整个陆地和海洋的分析结果来看,ICE-6G_D模型更适用于全球质量变化趋势的调整。