全球垂直基准网的建立方法

论述了联合多种数据建立全球垂直基准网的方法和意义，论证了联合卫星振动重力场模型、地面重力数据、地面重力扰动、卫星测高数据建立全球垂直基准网的新方法，提出了采用视重力场参数为非随机量的确定性解法．用这种方法获得的全球垂直网的精度可望比靠海洋潮汐测量联接的全球“水准网”高一个量级．     

2013年度执行情况报告

高程基准作为国家重要基础设施,其现代化的核心是用数字化高程基准模型,取代用高程控制水准网作为国家高程基准的传统模式,以及实现用卫星定位技术测定海拔高,满足我国社会经济快速发展对国家高程基准现代化的迫切需求。项目针对我国高程基准现代化的需求,紧紧围绕课题的八个任务进行研究:GRACE和GOCE重力卫星数据产品的预处理、全球近海区域卫星测高数据处理、重力场调和分析理论与超高阶全球重力场模型的构建、多类重力场信息融合处理理论与高分辨率格网垂线偏差的精密确定方法、高分辨率高精度全球海面高模型的构建、我国厘米级(似)大地水准面模型的构建、全球高程基准与我国高程基准差的确定、陆海高程/深度基准统一计算方法展开研究。在课题实施的第一年度,完成的研究内容成果包括:确定了更适合我国的2160阶次的超高阶地球重力场模型;初步开展了重力垂线偏差方法的研究,提出了基于重力异常和地形的现代重力边值问题实用解式的改进模型;基于GOCE观测数据确定了一个与国际同类模型精度相当的220阶次的卫星重力模型GOWHU01S;分析了近海测高数据的误差,制定了测高数据编辑准则;确定了2′×2′中国近海及邻海海域平均海平面高模型,精度与国际同类模型相当;采用Stokes-Helmert方法确定了2′×2′中国重力和1985国家高程基准似大地水准面数值模型(CNGG2011),模型全国的精度为12.6 cm;在GRS80框架下,计算了与全球平均海面最佳弥合的大地水准面位常数为,为全球高程基准统一奠定了基础;对陆海高程基准统一方法开展了研究,搜集到了陆海高程/深度基准所需的验潮站等观测资料。此外,项目组成员发表了论文11篇,指导毕业研究生9人,完成年课题第一年度的研究任务与目标。     

应用CHAMP卫星轨道和加速度数据恢复地球重力场

介绍了重力卫星CHAMP,GRACE,GOCE和利用卫星观测数据解算地球重力场的方法以及加速度数据的处理方法,探讨了基于能量守恒方法恢复地球重力场模型的原理.将基于能量守恒方法利用CHAMP卫星星历数据恢复的地球重力场模型与EGM 96重力场模型进行比较,结果验证了CHAMP卫星对地球中、长波重力场的敏感性,以及能量守恒方法恢复低阶地球重力场位系数的有效性.     

云南省重力基本网的设计及其精度状况的分析

地球重力场作为地球本身的一种特性,是大地测量重要的研究对象,而国家重力基准网提供重力测量基准和尺度,是一切重力测量的基础。高精度的国家重力基准网在研究地球重力场、空间技术、地球动力学、海洋开发、地质勘探、地震预报和国防建设等方面都发挥着重要的作用。通过对云南省重力基本网的设计,采用等权精度评定以及加权精度评定的方法对其进行精度分析,并分析2种精度评定的方法的使用范围。     

低轨重力卫星现状及其重力场模型精度分析

文章介绍了低轨重力卫星探测理论及技术的发展,目前已经发射的低轨卫星CHAMP、GRACE、GOCE的状况,以及各重力卫星的搭载、主要探测应用目标。介绍了地球重力场模型的发展,并介绍了利用已有的低轨重力卫星数据反演的重力场模型,对部分低轨重力卫星所获取的重力场模型的精度进行了分析。我们认为低轨重力技术还有很大的发展空间,低轨重力卫星重力场模型高阶项的系数阶方差是逐渐增大的,其精度有限,低阶的位系数精度是比较可靠的。而在南北极地区,应用高阶次的球谐系数是可行的。     

基于激光测距的卫星重力反演方法

<正>1研究背景及意义高精度高时空分辨率地球重力场模型的确定历来是大地测量学及相关地球学科的重要研究课题之一,它在大地水准面精化、全球高程基准统一、全球气候变化、军事航天等方面发挥着巨大作用(宁津生和罗志才,2000;许厚泽等,2012;Rummel et al,2002;李建成等,2003)。重力探测方式经历了从传统的地面重力测量、航空重力测量、地面跟踪卫星轨道摄动、卫星测高一直到目前的卫星重力测量。本世纪发射成功的专用     

基于积分方程正则化的重力异常超定问题解法

地球重力场的观测信息越来越丰富，求稳重力异常的超定模型将具有实用价值，据此给出了基于第一类Fredholm型积分方程离散型解法求解重力异常的超定模型，建立了地面重力、测高数据、重力梯度和垂线偏差求解重力异常的观测方程，并给出求解病态观测方程的正则化算法。     

重力卫星串联编队仿真分析

现有重力卫星任务存在时空分辨率不足、时空混频以及重力场信号各向异性等局限性.分别对重力卫星串联编队的轨道高度、轨道倾角、星间距离等指标进行仿真分析,就重力卫星串联编队星座模式对重力场时空分辨率的影响进行了数值分析.结果表明,卫星轨道高度的选择需要兼顾重力场信号衰减和卫星寿命等因素,以维持在300～400 km为优;轨道倾角选择应充分考虑极空白问题的影响,极空白区大小不宜超过6°;星间距离大于250 km时,重力场精度的提升并不明显,重力卫星串联编队星间距离设为50～100 km为优.重力卫星串联编队星座模式可同时有效提升地球重力场时空分辨率,实现时变重力场的各向同性探测.     

地球卫星重力场模型及其应用研究进展

本文在简述地球重力场模型发展历程的基础上,对地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行综述。第一,回顾了卫星重力测量技术的发展历程,并对CHAMP、GRACE、GOCE和GRACE-FO任务进行了详细介绍。第二,阐述了目前主要的卫星重力反演方法及其改进现状。第三,介绍了目前国际上主要机构反演的地球卫星重力模型,并分别对CHAMP-Only、GRACE-Only和GOCE-Only的系列模型进行对比分析。第四,综述了地球卫星时变重力场场模型的应用研究进展。第五,对钱学森空间技术实验室天空海一体化导航与探测团队在地球卫星重力场模型及其应用的研究进展进行了概述。最后,对未来地球卫星重力场模型研究进行了展望,提出了研究建议。     

高分辨率重力数据改进区域高阶重力场模型

研究如何从有限的数据改进现有的全球重力场模型,主要讨论了利用剪切法改进高阶模型．并利用中国及周边地区的高分辨率重力数据,求得一个720阶的全球重力场模型,经内外精度检核,它比初始模型更为符合局部的重力场．     

高分辨率地球重力场模型DQM

地球扰动位的球谐展开式表示是地球重力场模型应用最广泛的一种表示方法。目前通用的位系数模型的分辨率是0.5°，最高完全阶次为360。由于全球重力数据覆盖的密度和数据精度差别较大，所以已知的重力场模型的实际分辨率及其精度也因地区而异，故重力场模型的精化是一个漫长的过程，局部积分谱权综合法是改善已知重力场模型的有效而简便的方法。基于重力场模型OSU91A及EGM96，利用我国15′×15′及5′×5′重力异常，我们解算了更高阶次的地球重力场模型DQM99A、B、C、D四个模型，给出了精度比较分析结果。     

地球主惯性矩的精密确定及三轴分层地球自转动力学研究

该研究目标是利用重力场模型精确确定地球主惯性矩及其时变性,基于高精度地球主惯性矩建立三轴分层地球自转理论,更精确地描述地球自转状态,研究地球自转规律,特别是三轴分层地球自转及其对物质迁移的响应,揭示地球自转、物质迁移与全球变化、地球动力学事件和重大自然灾害的关联,为精化地球参考系、航天器高精度定位定向以及相关学科研究提供支持,揭示地球系统物质迁移动力学机理。根据任务计划安排及研究进展的实际情况,该年度取得的主要研究进展有:基于GRACE重力卫星观测数据,利用短弧长法成功解算出全球时变重力场模型(IGG-CAS系列模型),优于RL04模型,但比RL05略差;进一步完善了确定地球主惯性矩的理论模型,并利用重力场模型及时变重力场模型精确确定了地球主惯性矩及其时变性;建立了一组联合大气、海洋和陆地水模型(数据),显著改进了大气、海洋和陆地水对极移的激发作用;在地球极移激发中考虑了地球的频率依赖响应,计算结果表明,考虑了频率依赖响应和滞弹性之后可以更好地解释地球的极移激发。     

基于WGS84正常重力公式的重力外部校正方法

以WGS84参考椭球为基准,建立地球表面正常重力公式。利用该公式可以直接计算地球表面每个测点的正常重力场,从而计算出测点所在位置的重力异常,避免重力外部校正过程中存在的高程起算面误差、重力正常椭球与参考椭球不一致引起的纬度误差、中间层密度不合理及地形校正破坏区域地质构造格架等问题。对实测重力数据的试算结果表明,利用建立的正常重力公式所计算的重力异常较之布格重力异常对构造的反映更加清晰,更能够发现细小的断层及岩体。     

地球重力模型及中国大陆重力场的计算

融多颗卫星数据、地面重力值和其它资料一起的地球重力模型EGM96,为研究中国大陆的重力场及相关问题提供了一个高精度360阶的球谐系数。在分析EGM96的基础上,计算并简单解释了中国大陆的自由空气异常和布格重力异常。计算所得重力场的精度和分辨率大大高于常用的1：1400000自由空气异常图及布格重力图。     

月球重力场模型研究进展及展望

第一,整理了自人类开始探月以来所有和月球重力相关的探测卫星,以及自学者开始研究月球重力场以来所有重要的月球重力场模型。第二,根据探月跟踪模式的发展过程,详细介绍了各阶段跟踪模式的原理,并以示意图的形式展现,同时列举了各阶段跟踪模式下的重力场模型。第三,对月球重力场反演方法进行了介绍,主要包括短弧积分法和天体力学法。第四,对各个探月阶段具有代表性的重力场模型进行介绍,主要包括：8×4重力场模型、Lun60D、LP165P、SGM100i和GL0420,并进行了精度对比,发现最新一代模型精度比之前提高了4个数量级。第五,介绍了本团队在月球重力探索方向研究进展。第六,介绍了月球重力场模型在探究月球内部构造和卫星定轨方面的应用,并结合现代技术以及目前重力场反演的不足,提出以后可以改进的方案：应用重力梯度仪和获取月球表面真实重力数据。     

全球导航星座的远地/深空导航应用研究

全球卫星导航系统为低轨和地面用户提供导航服务已有广泛的研究.中高轨卫星以及深空卫星的定轨、定姿和时间同步,目前主要利用地面测控系统完成,存在设备复杂、投资高、无法同时支持大量飞行器、无法自主运行等缺点.本文研究中高轨卫星和深空卫星利用全球导航星座进行定轨、定姿和授时服务的可行性,实现其扩展应用,寻求全球导航星座作为天基网时空基准的高效途径,使得天基网的自主导航与自主运行成为可能.论文提供了一套解决方案,在不增加卫星设备的前提下,通过星间链路的巧妙设计,实现对远地、深空飞行器的无源导航服务,重点研究了卫星可见性、几何精度因子（GDOP）等内容,进行了定位、定时精度分析,为全球导航星座的建设提供思路.     

GRACE研究海洋质量变化的不确定度分析

以全球海洋质量变化为案例,使用重力恢复与气候实验卫星(GRACE)及其后继卫星(GRACE-FO)重力场和相关数据,通过不同的后处理方法和模型修正的组合,计算了全球海洋质量变化.所使用的组合共计1 296个,通过对这些组合的统计研究,计算了GRACE后处理的不确定度.结果表明：GRACE后处理不确定度在全球海洋上的数值结果约为0.64 mm/a,并且存在一定的年周期性,这种量级的系统的误差值得引起GRACE科学应用的关注.根据这些结果评估了GRACE在研究全球海洋质量变化的可靠性,并给出相应的后处理方法建议.     

新一代重力卫星时变重力场滤波方法分析

新一代重力卫星的成功发射使连续监测全球陆地水储量变化成为现实.为了削弱高频误差和条带误差的影响,采用Level-2 RL06版本的时变重力场数据反演全球陆地水储量变化,并讨论了高斯滤波和Fan滤波的处理效果,并且利用水文模型数据进行验证.结果表明:采用滤波半径为250 km的Fan滤波和P3M8去相关滤波的组合算法既能有效地削弱相关误差,还能减少真实信号的损失.     

利用重力卫星数据恢复地球质量迁移方法的研究

利用卫星重力数据反演地球质量迁移一直是地球物理研究领域的重要课题。主要讨论了基于重力场球谐函数反演地球表面质量变化的基本理论,推导了反演模型的基本理论公式。利用GRACE月重力场数据对反演模型公式进行了试算;并将试算结果与CPC和GLDAS模型数据进行了比较。比较结果表明:该反演模型能很好地反映某区域水储量变化,具有较好的适用性和精确性。     

抗差自由网、非自由网平差的回归算法

叙述了在回归方法基础上的控制网平差算法,这种方法可以分解探测值粗差和起算数据粗差的过程,因此可以把控制网看作自由网逐步代入任一坐标系统。文中介绍了一系列作者研究的理论,例如,临时绘定未知数个数的方法,回归平差方法的进一步发展等。这种算法可以应用到传统地面网的平差,地面网与卫星空间网的联合平差,以及变形网的平差,而且已编成软件包ＡＤＪＳＴ。