国际地球参考框架ITRF2020的定义和实现

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地心基准,也是世界各国在建立区域地心基准时的重要参考。给出了国际地球自转与参考系统服务组织(IERS)最新发布的ITRF2020的理论定义,重点讨论了各专业技术组织提供的数据资源和计算模型,以及IERS在数据整合时的处理策略,并对基于震后形变(PSD)模型的位置计算进行了讨论,给出了相对于ITRF2014的改进和转换参数。ITRF2020首次区分了地球的质量中心和形状中心,并考虑了PSD模型的季节性信号,提高了坐标框架精度,为地球科学研究和应用提供了统一基准,对精化和维持我国地心参考框架具有重要参考意义。

国际地球参考框架ITRF2014评析

国际地球自转服务组织IERS于2016年1月22日发布了最新的国际地球参考框架ITRF2014。相对于ITRF2008,ITRF2014在测站坐标运动学模型中增加了两个非线性项,即季节项和震后形变。由于更加精确地描述了测站的位移,ITRF2014的精度要优于ITRF2008。然而,ITRF2014的函数模型增加了新的季节项参数,且季节项参数与转换参数线性相关。因此,框架实现时必须对新增加参数施加对应的约束条件。不同的约束方式会导致不同的ITRF实现。本文详细介绍了国际地球参考框架建立中的基本理论概念,回顾了建立框架时可能用到的各种约束方式,对ITRF2014所用的坐标运动模型进行了分析,并对其季节性信号存在的问题进行了评述。

国际地球参考框架(ITRF)的原点和无整体旋转

目前国际地球参考框架(ITRF)建立和维持中,参考架原点和其定向随时间演变的约束上,并没有遵循协议地球参考系(CTRS)的定义。ITRF的定义和实现不一致的这种特征,将对毫米级地球参考框架的构建产生重要的影响。分析和讨论了最新的国际地球参考框架(ITRF2005)的原点和定向随时间演变的问题,并提出了目前可能解决的办法。

国际地球参考框架数据管理的瓶颈与研究策略

分析了ITRF数据管理的瓶颈——甚大规模对称矩阵的数据管理问题。提出将对称矩阵从半结构化形式转换成全结构化且具有固定字段数的关系型表,再用扩展关系模型原理,建立基于对称-关系模型的数据库。这种对称-关系数据模型理论既能用于管理关系型的数据表又能管理对称矩阵。若用于附甚大规模对称矩阵的ITRF成果数据集,可提高ITRF成果的数据存储、管理和网上发布的效率。

国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义及其参数

对国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义、主要参数及其应满足的条件进行了研究,重点指出了它和历史上的各个ITRFyy的不同,并阐述了各个ITRFyy的联系和区别,给出了它们之间相互转换的参数。

地球参考框架ITRF2014结果分析

ITRF2014是地球参考系的最新实现。该框架利用正弦函数估计负荷对台站位置的季节性效应,与ITRF2008相比,可以得到更稳定、精确的速度场;另外,ITRF2014引入了震后形变模型,可以更好地分析测站的非线性运动。本文通过分析发现:ITRF2014其原点相较于ITRF2008,其符合精度为3.5 mm;两种技术(VLBI和SLR)在2010.0历元确定的尺度因子不符值为1.18 ppb;同时,局部测量解与空间大地测量解解算的本地连接向量仍存在较大不符。

国际地球参考框架的原点

随着近年来空间大地测量学的不断发展,地球的质量中心(CM)与几何中心(CF)再也不是不可辨别的了。现在,国际地球参考框架(ITRF)原点被确定为CM,显示出相对真实的CM有从几毫米到1cm范围内的季节性变化。由于科学家们研究地球的季节性及短时间尺度的动态形变,并开始把观测的地心运动与地球物理学模型的预测结果进行比较,参考框架显现出了因未考虑地心运动带来的明显误差。本文讨论了ITRF原点的性质,探讨了GPS测量对于地心运动的敏感性。我们发现地心运动的非线性值并没有包含在ITRF中,当前国际地球参考框架原点的特性在长趋势上反映地球的质量中心,但在季节性上反映几何中心。ITRF原点的本质取决于所采纳的运动学模型和无模型的网络运动。现有ITRF的原点应该定义新的术语来精确地反映CM的本质。这样,原点将保持其现有的长期稳定性,从而把季节性时间尺度的原点精度提高到亚毫米级水平。通过1度形变方法,GPS在测定季节和更短时间尺度的地心变化方面具有提供有价值信息的潜能。

高精度国际地球参考框架的研究进展

针对地球动力学等对毫米级国际地球参考框架的需求,介绍了国际地球参考框架的最新研究进展,探讨了现今顾及测站非线性运动的国际地球参考框架的局限性,并在毫米级国际地球参考框架建立的方法和技术改进方面提出了一些见解,对高精度国际地球参考框架的实现具有一定的参考价值。

地球参考框架的发展现状和未来展望

地球参考框架是国家重要的空间基础设施,是地球上人类所有活动的空间参考基准。本文首先阐述了国际地球参考框架(International Terrestrial Reference Frame,ITRF)的发展现状,重点评述了ITRF的建立与维持,针对ITRF的发展现状提出了存在的问题;其次,以ITRF与2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000)的关系及现状为切入点,探讨了我国建立北斗坐标系的必要性,介绍了建立北斗坐标系的基本思路以及初始实现;最后,对地球参考框架的未来发展进行了展望。

加权总体最小二乘法在三维框架转换中的应用

国际地球参考框架转换是小角度直角坐标转换,一般采用布尔莎七参数模型通过最小二乘方法求解。针对坐标转换中存在系数矩阵有常数元素和重复元素的情况,提出适用于ITRF转换的加权结构总体最小二乘方法。该方法考虑坐标先验精度,构造了顾及系数矩阵结构性的矩阵,确保重复元素具有相同的改正数,并使用拉格朗日乘数法迭代求解。实际数据解算转换参数结果显示,该算法的精度和准确度优于传统方法。

山东基准站网实现区域参考框架维持的方法

为了实现山东省级区域大地坐标参考框架动态维持,通过SDCORS速度场模型改正板块运行,在此基础上通过ITRF框架间Helmert转换的方法转换到CGCS2000,试验证明山东区域的坐标参考框架维持精度优于2cm,考虑到SDCORS高精度服务精度指标需要每年更新坐标。

IERS地球参考系统、大地测量常数及其实现

介绍了国际地球自转服务局(IERS,International Earth Rotation Service)所定义的地球参考系统、大地测量常数及其实现,IERS规范(2003)中一些新的内容,特别是IERS采用国际地球参考系统2000(ITRS2000)后的一些新进展。对ITRS2000的实现,即国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义、主要参数、及其应满足的条件进行了研究,重点指出了它和历史上各个ITRFyy的不同、特色及其联系。

国际地球参考框架ITRF2020简介与评析

国际地球自转与参考系统服务组织于2022年4月发布了最新的国际地球参考框架ITRF2020(the International Terrestrial Reference Frame 2020)。由于采用了更长的时间序列、更加完善的处理模型和更加优化的处理策略,ITRF2020的精度要优于ITRF2014。相对于ITRF2014,ITRF2020在原点和尺度参数实现策略上有显著改进,并第一次明确给出了季节性信号的原点、尺度和定向,即:(1)采用分段对准策略改进了原点和尺度参数实现方法;(2)分别给出了在地球质量中心和地球形状中心框架下的季节性信号的原点、尺度和定向实现,以及地球质量中心和地球形状中心框架下的谐波参数模型。此外,参与ITRF2020构建的各独立技术的数据处理也有显著进步。首先详细介绍了ITRF2020的4种空间大地测量技术数据处理进展以及技术间组合的技术进步,然后对ITRF2020基准实现进行简要分析,最后对其存在的不足进行初步分析与讨论。

高精度卫星定位中ITRF框架的可用性

针对国际全球导航卫星服务组织(IGS)跟踪站坐标和速率的多源选择问题,收集了4个国际组织提供的中国境内4个IGS跟踪站的坐标和速率,将其转换到相同的参考框架和归算历元下进行对比分析.结果表明,在ITRF2005框架下,不同国际组织提供的站点坐标和速率具有良好的一致性;而在ITRF2000框架下,不同国际组织提供的部分站点坐标和速率存在显著差异.因此,为减小这种差异对高精度卫星定位结果的影响,平差计算前应对比不同国际组织提供的坐标和速率,并用最新数据.

大地坐标框架理论和实践的进展

分4个方面对2006年10月9日德国慕尼黑国际大地测量会议(GRF2006)的主要内容进行了介绍:1)全球大地坐标框架的进展和评估,并指出了最新的国际地球参考框架2005(ITRF2005)的特点;2)区域大地坐标框架,如欧洲、美洲、北美等区域大地坐标框架的现状和进展;3)高程基准的现代化,介绍了美国和欧洲建立现代化高程基准的进展,探讨了全球高程基准统一的途径;4)构建大地坐标框架中的个别问题,如:甚长基线干涉技术和卫星激光测距技术对确定大地坐标框架的作用、如何削弱大地坐标框架点位周期性变化对用户定位的影响、对采用零潮汐系统的改进意见等。

现代大地测量参考系统

概述现代大地测量参考系统的定义及不同参考系统之间的关系。主要讨论我国当代大地测量界常使用的 3种用以表示几何位置的参考系统——— 1980年国家大地坐标系、全球大地测量系统 1984(WGS 84)、国际地球参考系统 (ITRS) ,和一种用以表示物理位置 ,高程的参考系统——— 1985年国家高程基准。并讨论大地测量中框架和基准的概念。

ITRF框架基准在高精度GPS测量中的统一

介绍了ITRF(国际地球参考框架)的建立及不同ITRF框架基准的转换关系,讨论了高精度GPS测量中地面点基准的转换。

基于整网解和分区解的铁路沿线基准站CGCS2000坐标确定

基于现有高铁线路控制测量或监测需求,在沿线布设卫星导航定位连续运行基准站(CORS)作为控制基准。对于较长的线路监测,对沿线基准站坐标采用整网解与分区解进行差异比较,并设计了多种比较方式。研究结果表明,对于计算铁路沿线基准站的国际地球参考框架(ITRF)2020坐标,整网处理与分区处理的差异较小;对于CORS站的2000国家大地坐标系(CGCS2000)的坐标计算,两者差异大部分在框架转换精度范围内,但仍有12%的点差异较大,超过了CGCS2000框架转换的2倍误差。在实际计算过程中,需要考虑整网处理与分区处理的差异。

国际地球参考框架建立与维持的研究进展

针对现代大地测量学对毫米级国际地球参考框架的需求,该文简单回顾了国际地球参考框架的发展概况,系统地介绍了国际地球参考框架建立方法及基准约束的演变情况;在此基础上,详细阐述了两种国际地球参考框架维持方法,即线性模型和非线性模型维持方法的框架点坐标位移模型改进情况、地球质心运动模型改进情况,及监测网和并置站的布设情况;最后,给出了国际地球参考框架的改进计划,指出了动态实时维持是下一步的研究重点,对参考框架维持方法的研究具有一定的参考价值。