基于ICESat-2多波束激光测高数据的全球海洋重力异常反演分析

卫星测高技术是获取精细海洋重力数据的重要技术手段之一。常规卫星测高反演海洋重力异常主要是利用沿轨测高数据,而跨轨数据因较长的时间间隔或者稀疏的地面轨间距往往不能用于海洋重力异常反演,进而影响了海洋重力异常模型精度的进一步改善。新型激光测高ICESat-2能够同时获得3对光束观测数据,相邻激光束的地面间距约为3 km,为结合跨轨数据改善海洋重力异常模型提供了可能。本文首先给出了集成沿轨和跨轨数据反演海洋重力异常的处理策略;然后,分别利用沿轨数据和集成的数据构建了ICESat-2全球海洋重力异常模型(IS2Gra_alo和IS2Gra_alo_acr),结果表明通过补充跨轨数据能够有效提高沿轨数据反演海洋重力异常的精度,并验证了ICESat-2测高数据反演全球海洋重力异常的可靠性。此外,本文还探讨了ICESat-2不同跨轨数据组合对海洋重力异常模型反演精度的影响,在沿轨数据的基础上集成适当距离的跨轨观测数据能够有利于改善海洋重力异常模型的精度。本文研究为后续SWOT宽刈幅测高数据和我国双星跟飞模式测高数据反演海洋重力异常模型提供了参考意义。

岸基条件下的星载GNSS-R干涉测高精度验证评估

星载GNSS-R干涉测高技术通过调制GNSS卫星信号的宽带混合码,可以实现高精度宽幅海面测高。为有效验证星载GNSS-R干涉测高性能,本文设计了基于岸基GNSS-R干涉测高结果,开展星载GNSS-R干涉测高精度等效评估的策略。评估结果表明,GNSS-R干涉测高与卫星导航系统信号体制及信号信噪比相关,星载GNSS-R干涉测高可实现分米级测高精度。本文的研究成果可为后续星载GNSS-R干涉测高工程实践提供技术参考和数据支持。

双星跟飞测高卫星在轨初步验证

卫星测高反演重力场的常规做法是利用海面高差求解垂线偏差,进一步计算海洋重力异常和海洋大地水准面高等信息。显然,提高海面高差的测量精度可以直接提升海洋重力场的反演精度。本文给出了双星跟飞卫星测高原理,通过轨道设计使双星星下点跨轨间距(即分辨率)在1′左右,双星同时测量沿其轨道的海面高差及跨轨的星间海面高差,此时轨道径向误差表现为星间或单星历元间的相对轨道径向误差,而与大气传播和地球物理效应等有关的改正项,对于地面轨间距只有1′的双星近似相等,其在海面高差中几无体现,因此海面高差的精度相比于传统的单星测量将有显著提高。利用测高A/B双星的实际观测数据,初步验证了相对轨道径向误差和海面高差中的8项改正的差值误差。结果表明,对于定标阶段约25 km的星下点间距,干对流层、湿对流层、电离层、固体潮、极潮和逆大气压等改正项的差值误差均在5 mm量级;海潮改正差值、海况偏差差值中分别有约1 cm和2 cm的残留误差;对于业务轨道约2 km的星下点间距,相对轨道径向误差约为3 mm,除了海况偏差差值有约0.52 cm的残留误差,其他改正项的差值误差均小于0.05 cm,可完全忽略不计。

高噪声状态下潮汐信号提取

GNSS浮标由于特殊的观测环境,数据质量普遍较差,这导致其坐标时间序列存在较高的噪声,并且存在某些阶跃(或称跳变).针对该问题,本文提出了一种基于滑动窗的双边累积和(cumulative sum,CUSUM)的阶跃探测和修复方法,该方法在非侵入式负荷监测领域已有广泛应用.对于GNSS精密单点定位(precise point positioning,PPP)计算所得海面高程(sea surface height,SSH),用该算法探测阶跃并修复后与验潮站参考数据对比,其均方根误差(root mean square error,RMSE)提升了75.5%,相关性提升了7.46%;对于从修复前后的高程时间序列提取的有效波高(significant wave height,SWH),以海洋浮标(wavebuoy,WB)测量结果作为参考,其RMSE提升了65.22%,相关性提升了208.28%.研究结果表明:该方法可以有效提高GNSS技术反演海浪参数的精确度和可靠性,为GNSS技术在潮汐信号提取提供有价值的参考,对于提高海洋工程安全性和经济效益具有积极意义.

三频GNSS电离层周跳处理

在分析三频无几何无电离层组合特性的基础上,构造了3个线性无关的三频无几何无电离层组合作为周跳探测检验量,以解决电离层延迟活跃期时的周跳处理问题。为保证周跳修复的准确性,提出采用两次历元差分后的电离层残差值对周跳修复值进行验证与确认。通过高电离层延迟条件下的三频观测数据对本文算法进行了验证分析。试验结果表明,该方法可实现高电离层延迟条件下对周跳的探测与修复,并可适用于三频实时、非差导航定位的周跳处理。

削弱电离层影响的三频TurboEdit周跳处理方法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有三频周跳探测方法难以正确探测与修复周跳的问题,借鉴双频TurboEdit思想,提出了能够削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit方法。该算法中的三频无几何无电离层码相组合和两次历元差分后的相位无几何组合,均能有效削弱电离层延迟对周跳探测的影响。随后利用三频实测数据对本文算法进行了验证,试验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃观测条件下动态非差周跳的实时探测与修复。

北斗三频无几何相位组合周跳探测与修复

针对三频无几何相位组合难以实时修复周跳的问题,采用两个无几何相位组合和一个三频伪距/载波组合联立方程组修复周跳的方法,并采用搜索法克服方程解不稳定的问题。最后利用北斗实测三频数据对整个算法进行验证,结果表明本方法能够实现动态、非差周跳的实时探测与修复。

基于自适应聚类算法的GPS三频载波相位组合观测值优化选取

推导了GPS三频载波相位组合观测值模型,并且对组合观测值进行了误差分析。根据模糊聚类分析理论,对由长波长标准得到的三频载波相位组合观测值进行分析,运用基于相异度矩阵的自适应聚类算法对其进行分类。对各类组合观测值适用条件进行分析,利用实测L1、L2数据和模拟的L5数据通过矩阵变换求解模糊度法对其进行验证。从而得出结论:通过模糊聚类分析不仅可以选取满足不同长短基线的较优组合,而且大大减少了运用枚举所有组合来筛选较好组合的工作量。

两种长基线模糊度解算方法在北斗三频应用中的比较

以三频模糊度解算TCAR算法为基础,利用北斗三频实测数据,对比分析了基于TCAR算法改进后的电离层改正法和无几何无电离层组合法解算北斗三频长基线模糊度的效果。结果表明,两种方法均能提高长基线模糊度固定的准确性,且经一定历元数据平滑后均可实现长基线模糊度的快速解算,从而有利于实现长距离北斗三频精密快速导航定位。

基于矩阵变换算法的长基线多频模糊度快速解算

由于长基线变换矩阵中的窄巷组合难以单历元固定模糊度,提出采用数据平滑方法对其进行改进,并利用北斗实测数据对该方法进行验证,实验结果表明:历元平滑后的矩阵变换能够实现长基线多频模糊度的快速解算,从而提高了长基线精密导航定位的效率。

小波包消噪在Compass电离层三频二阶改正中的应用

针对Compass电离层二阶改正存在的问题,提出利用小波包分析算法对观测值进行消噪,再进行三频二阶改正的方法。利用Compass仿真数据的试验表明,小波消噪算法能够大大削弱观测噪声,有利于提高Compass三频二阶改正的精度,增强其可行性和有效性。

观测值层面ITRF解算策略研究

分析了法方程层面ITRF解算不一致的原因和观测值层面组合解算在提高产品一致性方面的优势。在总结观测值层面组合研究现状的基础上,重点对观测值层面组合解算步骤和关键问题进行系统研究。为解决观测值层面组合计算强度大的问题,提出基于分布式处理技术实现组合解算的策略,设计了地球参考框架并行计算的算法和流程。由研究可知,观测值层面组合解算能有效提高产品一致性,分布式处理技术能有效提高参考框架解算效率。

北斗三频伪距相关随机模型单站建模方法

为了提供可靠的伪距随机模型,基于3个线性无关的北斗三频伪距/载波无几何无电离层(GIF)组合,研究了一种利用单站数据估计北斗三频伪距相关随机模型算法。该算法首先利用低阶多项式对GIF组合进行拟合,以尽可能消除非伪距噪声以外的其他常数和误差,然后利用多元线性回归分析实现对3个线性无关的GIF组合随机噪声同时建模,最后再由线性组合关系变换得到原始北斗三频伪距相关随机模型。经北斗三频实测数据验证结果表明,该算法可实现北斗非差三频伪距相关随机模型的单站解算,有利于为导航定位以及完好性监测提供精准随机模型。

基于灰色模型与小波神经网络的卫星钟差预报方法

提出一种基于灰色模型和小波神经网络相结合的卫星钟差预报方法。首先通过灰色模型对钟差进行拟合并确定钟差预报的灰色模型,然后根据拟合残差对小波神经网络进行建模,最后将两种模型对应的预报结果结合得到钟差预报值。使用IGS精密钟差进行实验,证明该方法的预报效果优于二次多项式模型和灰色模型,特别是对于ⅡR型铷钟和ⅡF型铷钟,其预报精度可以提高2倍以上。

一种新的导航卫星钟差预报与内插方法

在卫星钟差二次多项式模型的基础上,考虑钟差的随机性部分,利用最小二乘配置方法建立了钟差预报与内插的钟差推估最小二乘配置模型。对于该模型协方差函数的确定,通过选取经验函数,对比协方差函数拟合方法并结合实验得出了其协方差函数表达式中参数的合理取值范围。最后将该方法与常用的钟差预报算法和钟差内插算法进行比较,验证了该模型在钟差短期预报方面的有效性。

大型CORS网基线向量的分布式处理

信息技术的发展极大地推动了CORS站网数据处理理论与应用的研究进展。本文针对单机处理大型CORS网基线时站点规模受限和时效性差的问题,研究了基线解算的分布式处理流程和方法。应用分布式文件系统(HDFS)建立了CORS网数据的分布式存储和传输功能,基于Bernese处理引擎(BPE)实现了Bernese 5.0功能模块的并行化调用,基于Ambizap算法建立了分布式PPP解算和分布式独立基线解算的基线向量整网解算方法。算例表明,8个节点处理109个测站1 d的30 s采样间隔观测数据,比单机集中处理的加速比提高了6倍。

不同系统组合的精密单点定位性能分析

在分析研究星间单差精密单点定位算法和抗差Kalman滤波解算模型基础上,利用全球定位系统、全球导航卫星系统、北斗卫星导航系统数据,对单、双、三系统精密单点定位精度和收敛时间进行了分析,得出了以下结论:三系统精密单点定位技术无论定位精度还是收敛速度均最优,多系统组合导航定位有利于提高导航定位精度。

GPS卫星精密定轨中的摄动力分析

在介绍各种摄动模型的基础上,将IGS提供的SP3精密星历作为几何轨道,应用不同的摄动模型进行几何轨道平滑,求得卫星轨道的动力学参数,再用动力学参数积分求定卫星的轨道,将其与IGS提供的SP3精密星历进行比较,从而详细分析每一种摄动力对GPS轨道影响的量级,而且说明建立的GPS卫星轨道的摄动模型是比较准确的。

一种基于数据质量分析的改进TurboEdit方法

针对TurboEdit方法中Geometry-Free(GF)组合拟合窗口、Melbourne-Wübbena(MW)组合中误差求取窗口过大造成小周跳探测不敏感的问题,通过对观测数据进行质量分析自适应设置GF组合和MW组合窗口,重新构造周跳检测量进行周跳探测,并利用搜索法解决修复失败历元的周跳修复问题。利用GPS和BDS实测双频数据对改进方法进行验证,实验结果表明本方法能准确探测到1周的小周跳,经搜索后周跳修复成功率提高至100%。

多卫星导航系统时间基准的统一设计及精度分析

为实现各个全球卫星导航系统时间系统的统一,从北斗卫星导航系统、全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统及伽利略卫星导航系统时间系统的定义出发,对这些全球卫星导航系统的时间系统进行了分析比较后,选择连续的全球定位系统的时间基准为全球卫星导航系统时间系统的统一的基准,接着对全球卫星导航系统时间的存储表达精度引起的测距误差进行了分析,在比较了常见的时间计时法后,设计出满足不同需求的具有高精度表达的时间存储模型。