全球对流层天顶延迟模型IGGtrop的建立与分析

对流层延迟是高精度GNSS导航定位的重要误差源.利用IGS站提供的高精度对流层天顶延迟时间序列和NCEP大气资料进一步研究了全球及中国区域对流层天顶延迟的时空变化特征.在此基础上,根据NCEP资料建立了无需地面实测气象参数且同时顾及经、纬度差异的全球对流层天顶延迟IGGtrop模型.IGGtrop模型在全球125个IGS站的平均误差(bias)和平均中误差(RMS)分别为0.8和4.0 cm,优于同等条件下国际上常用对流层延迟模型EGNOS,UNB3和UNB3m模型的结果(上述三模型的bias和RMS分别为2.0,2.0,0.7 cm和5.4,5.4,5.0 cm).同时,IGGtrop模型的bias和RMS的分布范围小于EGNOS等模型,显示其在全球各地区的改正效果具有相对更好的一致性.IGGtrop模型在中国几个IGS站的bias范围为2.0~0.4 cm,RMS为2.1~6.4 cm,总体上优于EGNOS等模型的改正效果.IGGtrop模型在南半球的改正精度也显著优于EGNOS和UNB3m模型.IGGtrop模型的另一优点是误差随高度增加没有明显变化,从而避免了其他许多模型随高度增加而精度明显降低的情况.     

封面说明

正对流层延迟是无线电大地测量技术中的重要误差源,一般采用模型改正削弱其影响,目前常用的对流层模型的建立均是基于单一数据源.武汉大学姚宜斌等按照直接对天顶对流层延迟建模的思路,采用格网化的GGOS Atmosphere的对流层数据和离散的IGS对流层产品联合建模,在利用IGS的高采样率对流层产品分析天顶对流层延迟的短周期变化特     

高阶电离层延迟对GPS坐标时间序列的影响分析

基于高阶电离层延迟改正模型,确定了不同阶次电离层延迟对双频GPS载波信号的影响量,并根据国际地球自转与参考系统服务(international earth rotation and reference systems service,IERS)协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的109个国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)跟踪站1999~2003年的全球定位系统(global positioning system,GPS)数据重新进行了精密处理,量化了高阶电离层延迟对全球GPS坐标时间序列的贡献.研究结果表明,高阶电离层延迟改正会造成较大的测站速度变化,在赤道附近的测站垂直速度变化最大可达约1 mm a?1;能显著降低赤道附近测站垂直分量及亚洲南部测站南北分量的加权均方根(weighted root mean square,WRMS),最佳改善效果达10%(中国LHAS站南北分量);可有效减小IGS基准站各种不同周期信号的振幅;据此,提出高阶电离层延迟可能是造成中纬测站垂直周年、东西方向半周年及低纬测站垂直半周年运动的主要原因之一.     

GRACE卫星非差运动学厘米级定轨

随着IGS精密星历精度以及星载GPS接收机性能的提高, 基于星载GPS载波相位观测值的非差运动学方法不但可以取得与弱化动力学方法(reduced-dynamic method)相当的定轨精度, 而且由于其不依赖于力学模型, 还非常适用于如CHAMP, GRACE和GOCE等轨道极低的地球观测卫星, 因此成为了精密定轨中的研究热点. 详细分析了星载GPS非差运动学定轨误差改正模型及改正方法; 给出了一种改进的星载GPS非差数据质量控制技术以及大型法方程快速求解算法; 自主研发了一套非差运动学精密定轨软件, 并利用软件对GRACE卫星进行了轨道计算. 结果表明: 与JPL提供的事后精密轨道进行比较, GRACE-A卫星单天非差运动学轨道的径向精度为3~4 cm, GRACE-B卫星为3~5 cm.     

中性大气折射误差及对VLBI基线测量的影响

考虑到大气中不同的组成成分,在射电天文观测中,特别是在低地平高度角观测中,一般把中性大气折射延迟分为“干”、“湿”两部分,并分别构成映射函数解算天顶延迟.中性大气折射的误差按其物理性质来划分可以包括3个因素:大气物理模型与真实大气的偏差;在确定的大气物理模型下映射函数的模型误差;观测站地面气象参数的测量误差及其随时间的漂移.气象条件通常包括地面总气压p_0,湿分压e_0,温度T_0,垂直温度梯度β,对流层顶高度等H_t.理论计算表明,最近由作者提出的UNSW931映射函数与所选用的大气物理规范下“真实”映射函数的偏差可以忽略.本文将主要讨论第3种因素的影响.就UNSW931模型而言,由气象参数的测量误差以及气象条件的变化所引起大气延迟的附加改正△_τ_D_i可以写为.式中△D_i(i=1,2,3,4)是气象参数p的误差△_p引起的△D_i的改变,τ~z为天项方向的大气延迟.τ~z的典型值为2.4m左右.气象参数p的误差△_p在5°地平高度最大可产生相当于150ps的延迟误差,远大于VLBI记录群延迟约30ps的随机噪声误差.这一误差将影响到对VLBI台站坐标和VLBI基线的估算.     

GPS卫星姿态异常及其对精密单点定位估值的影响

当GPS卫星运行至与太阳和地球近似共线时,将经历姿态异常:期间星固系X轴不再保持对日(BLOCKII/IIA卫星)或背日(BLOCKIIR卫星)指向.该异常对于各IGS分析中心生成精密钟差产品和用户实施精密单点定位(PPP)均具有不可忽略的影响.研究表明,各中心在利用姿态异常时期的GPS数据生成钟差产品时,所采用的策略差异可导致IGS联合钟差产品存在问题;而对于PPP用户而言,除钟差问题影响外,卫星姿态异常致使利用标准星固系计算得到的相位缠绕、卫星相位中心偏差改正中存在超过1dm的误差,严重影响了PPP估值精度.介绍的航向姿态模型可有效改善卫星姿态异常时期PPP估值的可靠性.     

T_m-T_s的相关性分析及全球纬度相关的线性关系模型构建

利用全球大地观测系统(Global Geodetic Observing System,GGOS)大气(Atmosphere)的加权平均温度(Tm)数据和欧洲中尺度天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)的地表温度数据在全球范围内计算了利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反演水汽中的关键参数加权平均温度Tm与地表温度Ts的相关系数,结果显示二者的相关性主要受纬度影响,在高纬度地区较强,在低纬度地区较弱.虽然二者的相关性在赤道地区较弱,但这些区域的温度变化幅度较小,在这些区域利用线性回归模型建模依然可以取得较好的结果.在此基础上,本文利用2005~2011年的全球大地观测系统大气的Tm数据和欧洲中尺度天气预报中心的Ts数据按纬度建立了全球分区域线性回归模型.来自全球大地观测系统,气象、电离层和气候的星座观测系统(Constellation Observing System of Meteorology,Ionosphere and Climate,COSMIC)以及无线电探空(Radiosonde)的数据对模型的检验表明,新模型与这3种不同源数据都能较好吻合,分别取得了3.2,3.3和4.4 K的均方根误差,精度明显优于Bevis Tm-Ts关系模型.     

2000中国大地坐标系

总结了构建2000中国大地坐标系及坐标框架的基本策略, 包括坐标系的定义, 坐标框架建设层次, 实现2000中国大地坐标框架的函数模型、随机模型以及平差方法的改进. 首先利用国际高精度IGS站与我国连续运行GPS网联合解算, 构成我国2000坐标系的基本骨架, 保证我国2000坐标系与国际高精度地心坐标系统一致; 在高精度IGS站坐标控制下, 将我国已经建成的6个全国范围GPS大地控制网进行优化集成, 建立了具有2500多点的高精度的、统一的“2000国家GPS大地控制网”(历元为2000.0), 形成了2000中国大地坐标系的基本框架; 再将全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网进行联合平差, 进一步加密了我国大地坐标系框架, 加强了我国天文大地网的现势性, 提高了天文大地网的精度, 统一了国家大地测量基准. 通过具有针对性的数据融合方法处理后的中国大地坐标框架, 消除了各类大地网的基准差, 减弱了系统误差和异常误差的影响. 最后对启用2000中国大地坐标系的意义以及现有中国大地坐标框架存在的问题进行了描述.     

GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

海洋二号卫星SLR精密定轨

随着我国第一颗海洋动力环境卫星海洋二号(HY-2)的成功发射并正式投入使用,我国的海洋环境监测与海洋资源探测能力得到了进一步完善和提高.精密轨道跟踪和确定是海洋动力环境卫星的关键技术,也是有效利用包括雷达高度计在内的星载设备观测数据开展海洋科学研究的必备条件.本文介绍了我国首次HY-2卫星激光测距(SLR)国际联测的情况,采用动力学定轨方法,利用6个月的SLR实测数据进行了精密定轨,并通过内符合精度、与DORIS轨道的比较以及站星距检核等方法仔细分析了SLR定轨精度.处理结果表明,HY-2卫星SLR定轨的平均三维位置精度约为12.5cm,径向位置精度好于3cm.这项工作为SLR国际联测及精密定轨在我国对地观测卫星工程中的应用提供了成功范例.     

DEM分辨率对计算地形起伏引起的高程异常的影响

影响GPS高程转换精度主要有两个方面:地形改正的短波段分量和重力场改正的中长波段分量.文章以四川某山区为例,采用不同分辨率的数字高程模型(DEM)来计算各控制点的高程异常地形改正值,然后利用"移去-恢复"技术来拟合各控制点的高程异常值.结果表明,对于山区当DEM分辨率在10 m～100 m内取20 m～30 m时,可以显著提高GPS高程转换的精度,从而有利于具有精度高、速度快、布网灵活等诸多优势的GPS高程测量新技术的普及应用.     

基于共同用户的跨网络分析:社交媒体大数据中的多源问题

社交媒体大数据是大数据的重要组成部分.与大数据的"4V"特性对应,本文主要讨论社交媒体大数据中的Variety-多源问题.社交媒体的多源主要体现在不同社交媒体网络所关注的异构用户行为信息,理解社交媒体多源现象对于社交媒体分析和社交媒体大数据的深度应用具有重要意义.社交媒体数据具有来源于用户、服务于用户的特点.我们提出从多个社交媒体网络的共同用户入手来进行社交媒体多源分析:(1)跨网络用户建模,整合分散在不同社交媒体网络的行为信息得到完整用户模型,进行个性化服务;(2)多源数据知识关联,以共同用户与多源数据的交互作为桥梁,挖掘多源数据知识关联,服务于社交媒体协同应用.     

连续运行参考站系统

随着全球导航卫星系统(GNSS)、计算机、数据通信和互联网络等技术的不断发展成熟,利用多基准站网络(PTK)技术建立的连续运行参考站系统(CORS)应运而生,它很好地解决了大范围区域内厘米级精度的实时定位的问题,并在现代社会的发展进程中发挥着越来越重要的作用.     

运动学统计定位方法应用于月球着陆器的精密定位

针对月球探测中的着陆器定位问题,提出了运动学统计定位方法.利用一段时间内的测量数据,结合月球运动相关信息,将测量数据进行综合平差处理,获得着陆器在月固系中的位置.误差分析表明,测量误差是影响定位精度的主要误差源.利用中国科学院上海天文台自主研发的深空探测定轨定位软件包进行了仿真精度分析,分析了月面数字高程模型(DEM)在着陆器定位中的应用.结果表明,联合测距测速和VLBI数据,单历元的定位精度在百米级,10min弧长的统计定位精度可达米级.在着陆器定位解算过程中,利用月面数字高程模型提供的高程信息作为约束可以降低参数之间的相关性并提高解算精度,固定高程后数分钟单站测距测速定位精度优于1km.在定位过程中还可以直接应用月面数字高程模型,只解算经纬度2个参数,有助于在数据比较少的情况下提高定位精度,利用全球月球数字高程模型ULCN2005对该方法进行了验证,考虑到虹湾地区在CE-1和CE-2任务期间进行了加强观测,局部模型分辨率和精度较高,该方法可以在CE-3任务中重点考虑.     

一种快速生成和传输多分辨率三维模型的稳健算法

空间数据获取与建模技术的飞速发展使高分辨率、高精度三维模型的快速生成成为现实, 随之引起了一系列问题亟待解决, 如: 大数据量三维模型的快速可视化与快速网络传输. 根据不同的需要对高分辨率的三维模型进行多分辨率描述是解决上述问题的一个有效途径. 针对上述问题本文提出了一种快速、稳健的算法用于大数据量三维模型的多分辨率描述与网络传输. 实验结果表明: 该算法在运行效率、多分辨率模型的精度与解码以及三维模型的网络传输速度3个方面均取得了很好的效果. 该研究结果为海量三维模型的快速可视化以及快速网络传输打下了的坚实的技术基础.     

联合多种测高数据确定全球平均海面WHU2000

制定了比较全面的测高数据编辑准则,改善了地球物理改正模型的精度;系统地统一了不同测高数据的基准;研究并实现了多种测高数据区域联合交叉点平差方法,从而提高了Geosat,ERS-1和ERS-2的径向轨道精度;完善了由多种测高数据确定全球平均海面（MSS）的理论与方法;并利用7年的Topex/Posidon（11cycle～249cycle）数据、全部的ERS-1/168数据、52个周期的ERS-2（1cycle～52cycle）数据、44个周期的Geosat/ERM（1cycle～44cycle）数据确定了全球平均海面WHU2000,其格网分辨率为2’×2’,范围为纬度±82°之间,整体精度优于0.05m.将WHU2000MSS与格网分辨率为3.75’×3.75’的CLS_SHOM98.2MSS,3’×3’的GFZMSS95A和3.75’×3.75’的OSU MSS95等全球平均海面进行了比较,所得差值的标准差（STD）分别是0.090,0.237和0.079m.     

国际地球参考框架(ITRF)的研究现状及展望*

国际地球参考框架(ITRF)是目前理论背景最完善、构建方法最全面、实现精度最高的全球参考框架,并为其 他全球和区域参考框架提供基准。本文在介绍ITRF 历史沿革的基础上,着重从ITRF 的多技术组合模型、框架基准 的定义与确定方法,以及空间大地测量技术站坐标时间序列的质量三个方面回顾了ITRF 的研究现状和存在的问题, 并对毫米级地球参考框架的建立进行了展望。     

区域平均温度计算的最优权重方法——Ⅰ.理论分析

资料空间覆盖不均匀给全球(或半球)及区域平均温度的计算造成了很大困难.在求全球(或半球)平均温度时,Jones,Hansen,Vinnikov等分别用了不同的方法来解决这一问题.Vinnikov等用最优权重方法,即在误差最小的前提下,求出不同纬度带上每一站的权重,而后用加权平均方法来计算全球(或半球)平均温度.Shen等在用最优权重方法求全球平均温度方面又做了一些工作,结果表明,全球只用60多个分布合适的台站便可得到精度甚高的平均温度.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

VLBI观测对IAU1976岁差常数和IAU1980章动序列系数的改正

<正>现行IAU1980章动理论基于一个无海洋、弹性地幔和有液核的地球模型,并采用IAU1976岁差常数.从VLBI和LLR观测中已经发现IAU1976岁差和IAU1980章动理论是不完善的,当考虑到地幔非弹性和海洋潮汐等耗散性地球物理过程的影响时,观测到的天极章动可表示为:(?)(?)其中Δ(?)_IAU1980和Δε_IAU1980表示IAU1980章动模型.δP和dε/dt为对IAU1976岁差理论的修正,即表示赤道在黄经和交角上线性速率的改正.δ(?)_sj,δε_cj和δ(?)_cj,δε_sj分别为黄经、交角第j章动项的相位内项系数改正和相位外项系数.θ_j(t)为第j项的辐角,是t时刻日月轨道5个基本角距(1,1’,F,D,Ω)的线性组合.t为自J2000.0起算的儒略世纪.IAU章动序列仅包含了106项日月章动周期的相位内项,其中大约10项的系数含有可被现今观测检测的误差,其余各项由于其系数较小,对地球模型的缺陷不敏感,因而可认为具有足够的精度.虽然VLBI和LLR等观测已经证明IAU1976岁差和IAU1980章动理论是不完善的,但是由于(1)理论自洽性的要求;(2)观测资料尚不能精确分离岁差和长周期章动项;(3)逆向自由地地核章动的周期与系数尚未精确测定等等原因,它们目前仍被用作天文、测地等领域中研究和应用的标准.与此同时,理论研究和观测检验工作仍在积极开展,以期完善现有理论和发展新模型.本文从观测检验的角度,基于更长时段和更高精度的VLBI观测资料,得到了对IAU1976岁差和IAU1980章动序列的系数改正,并对长周期项系数的改正、逆向自由地核章动的确认、顺向周年项系数改正与环境温度的关系等问题进行了简略的讨论.