《GJB2000中国大地测量系统》中的韦森特公式计算误差及其应用改进

文章首先提出一种准确计算地球椭球面上两点间弧长的方法,并且验证了该方法的正确性;进而利用此方法来核对国军标的韦森特公式计算弧长结果,发现跨越地球赤道的两点且接近韦森特公式适用边界时,计算弧长有不可容忍的误差。针对这种情况(国军标中韦森特公式的计算实例4),提出了分赤道南北两段按韦森特公式计算两段弧长之和,作为两点间的弧长,与准确算法相比,误差比原来减小了84.3%。所以这种应用改进方法非常有效,能够满足某些应用。

DQM2022系列超高阶地球重力场模型构建及其精度评估

本文基于椭球谐分析,提出了超高阶地球重力场模型构建的局部积分改进迭代法和全球积分改进迭代法,解决了传统的局部积分改进法存在的局限性,有效提高了改进模型在中国地区的适用精度。选择EGM2008、EIGEN-6C4地球重力场模型作为初始模型,利用中国及周边地区最新的5′×5′实测格网平均重力异常数据,构建了DQM2022系列超高阶地球重力场模型,其完全阶次均为2190。采用地面实测重力异常、GNSS/水准、天文大地垂线偏差等数据对改进模型进行精度评估。结果显示:①相对于初始模型,改进模型表示中国地区重力场的精度显著提高,重力异常精度提高了2.4~2.8 mGal,高程异常精度提高了1.0~2.4 cm,垂线偏差精度提高了0.07″~0.15″;②在表示中国地区重力场时,基于EIGEN-6C4初始模型构建的改进模型精度最高,高程异常精度约为10.6 cm,垂线偏差精度约为2.1″。

基于椭球模型的斜视星载SAR距离模糊仿真

距离模糊比是星载SAR图像的一项重要指标,与正侧视成像相比,大斜视成像星地几何关系更为复杂,传统距离模糊计算与仿真中将地球视为球体的假设会对计算结果造成较大偏差,不能准确评估SAR图像质量。本文采用更为准确的地球椭球模型代替球体模型,并提出了一种基于斜视天线坐标系的模糊区计算方法,利用此方法对距离模糊比沿距离向测绘带的变化进行仿真,同时对距离模糊比沿方位向的空变性也进行研究。本文研究成果对星载SAR系统设计具有重要参考价值。

基于横向地球坐标的惯性导航方法

针对极区经线迅速收敛于极点造成的传统惯导机械编排在极区不适用问题,提出了CGCS2000地球椭球体模型下基于横向地球坐标的惯性导航方法。在构建横向坐标系及伪经纬网的基础上,给出了横向惯导与传统惯导间导航参数的转换关系,推导了横向地理坐标系机械编排,建立了系统误差模型,并以某型船舶为例,通过系统性能的静基座、动基座仿真分析,研究了基于横向地球坐标的惯性导航方法在极区的适用性。仿真分析表明,基于横向地球坐标的惯性导航方法可以克服传统惯导在极区存在的问题,在极点处不存在计算溢出,并可为载体穿越极点时提供高精度的姿态、位置信息,适用于极区。

基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型导航方法

针对现有横向坐标系惯导编排在极区导航应用中导航参数转换复杂、不同导航系统间信息交联困难等问题,提出了一种基于统一横向坐标系的极区地球椭球模型惯导编排方案,由传统地球坐标系绕y轴旋转-90°定义横向坐标系,实现横向地理坐标系和格林尼治格网坐标系的统一,解决参数转换与信息交联问题。在此基础上,推导了基于地球椭球模型的惯导编排方案,并解决了统一横向坐标系下横向经纬线不正交的问题。最后,通过中高纬度地区进行惯导实测数据解算与极区仿真试验,验证了坐标系在极区的正确性和适用性。极区仿真所得误差结果 48 h内各项误差符合惯性元件引起的系统误差发散规律,满足极区导航要求。

基于椭圆轨道的Geo-SAR精确多普勒参数解析计算方法

该文综合考虑了轨道偏心率、地球扁率和地球自转三方面的因素,推导得出高精度星载SAR多普勒中心频率和多普勒调频率解析式。鉴于2维姿态导引对于Geo-SAR的必要性,进一步分析了姿态导引后和零姿态导引两种情况下的多普勒参数,为Geo-SAR的多普勒参数计算提供了实用且有效的方法。该文得到的多普勒参数解析计算式适用于任意轨道高度和任意姿态的星载SAR,且具备很高的精度。基于该结论,研究了运行于椭圆轨道的Geo-SAR多普勒中心和多普勒调频率特性。

地球格网化剖分及其度量问题

地球剖分网格(或全球位置定位框架)系一种科学简明的空间参考系统,是地球信息数据的离散化、准确化、系统化的表现,这是地理信息科学和数字地球中重要的基础性问题,是全部地理计算的源头和归宿。近年来,随着GPS、北斗等卫星系统日趋发展和全球化应用,此相关于全球三维位置准确性、度量和全部空间分析准确性等基础问题受到人们高度重视。本文首先针对多年来地球剖分网格研究的进展和不足,提出和分析了网格数据的质量的若干问题,即剖分的完整性、逻辑一致性、准确度和一些相关问题;然后面向剖分中的定位和度量,指出了剖分对象及其度量空间特征,剖析了"3维结构及厘米级准确度"的革命性需求将对GIS体系和剖分科技体系发展产生重大的影响;接着,着重指出地球剖分的椭球三维途径的主体和剖分途径,论述了加强剖分基础理论阐述的内容和意义,并介绍了地图代数在地球剖分基础对象、椭球三维剖分和理论途径和相应试验。最后,课题组认为椭球型、(B,L,H)三组正交曲面剖分是地球剖分工作的正确途径,建议大力强化剖分理论基础研究,发展和完善剖分的标准体系,迅速创建地球剖分试验平台。

地球自转、形状和重力加速度随纬度的变化

分析地球形状、重力加速度与地球自转三者之间的关系,利用旋转椭球模型和大学物理知识计算地球重力加速度分布,计算结果与国际上公认的数据相符.

火箭弹六自由度数字仿真研究

文中提出了火箭弹六自由度的建模方法,考虑了地球扁率和地球自转的影响,具有较强的通用性;在此基础上编制了火箭弹刚体六自由度弹道仿真程序,通过数字仿真计算和蒙特卡洛模拟打靶,可以为火箭弹飞行试验提供参考依据;文中的六自由度模型和数字仿真方法在导弹、火箭弹、炮弹和迫击炮弹等飞行器的设计中具有一定的参考价值。

地球椭球模型中太阳位置计算的改进

准确高效的太阳位置计算在遥感辐射定标、太阳能获取等多个领域具有重要应用价值。针对传统太阳赤纬角算法对不同年份数据差异考虑不足的问题,采用数值拟合法提出适用于不同年份的改进公式。根据误差曲线所呈现的周期性,采用傅里叶展开法提出以4年为周期的赤纬角改进算法,并推导出地球椭球模型下的太阳高度角公式。蒙气差影响太阳位置观测与计算。针对传统蒙气差算法在低仰角下误差较大的问题,提出0°～30°仰角下蒙气差的改进公式。把改进算法与相应的传统算法进行误差对比,结果表明,改进算法在太阳赤纬角、太阳高度角、低仰角下蒙气差计算的误差均明显降低,计算过程简单高效,符合相关工程项目应用需求。

舰载对陆巡航导弹规划航路点间距离的计算分析

针对舰载对陆巡航导弹在实际飞行中,其航迹需要参考近似大地线的航线,在充分考虑导弹由海对陆的航路规划过程基础上,提出了易于编程、精度有所改进的空间两点间大地距离的计算方法。该方法在考虑高程的地球椭球模型参数的求取基础上,利用Bowring反解公式重新推导了顾及高程的空间航路点间的计算公式。相关算例表明,该方法提高了导弹规划航路点间距离的计算精度且易于工程实现。

应用地球椭球模型计算冬至日日照时数

日照是人类不可缺少生产生活的活动和元素,运用地球椭球理论、地球与太阳的运动规律,适用一套数学模型,充分利用空间椭球、椭圆的变换关系,逐步分析地球上任意纬度在冬至日当天的理论日照时数,当然此方法除了春分或秋分及夏至日还可以计算出任意日期任意纬度当天理论日照时数,把一年中每天的日照时数累加起来就可算出当地的年日照时数。

基于横向地理坐标系的极区惯性导航方法研究

针对极区经线收敛导致以真北向作为航向参考的导航算法失效问题,提出了基于横向地理坐标系的导航参数定义和导航解算方法.该方法选取地球赤道上一点作为新的极点,并在地球模型为椭球模型情况下以该极点为基础定义了横向地球坐标系、横向地理坐标系以及横向经纬度,进而了设计并提出了将横向地理坐标系作为导航参考坐标系的惯性导航力学编排,仿真结果表明本方法解决了传统力学编排在极区不能正常工作的问题.