星基并置轨道配置对地球自转参数解算的影响

为了进一步研究全球卫星导航系统(GNSS)和卫星激光测距(SLR)低轨卫星(LEO)星基并置对于地球自转参数(ERP)解算的贡献,综合评估星基并置轨道配置和空间连接误差对地球自转参数解算的影响:通过仿真实验,联合地面全球定位系统(GPS)、低轨卫星星载GPS,以及低轨卫星激光测距观测数据,分析低轨卫星轨道配置、空间连接误差对地球自转参数解算精度的影响。结果表明,ERP的估计精度受低轨星基并置站的轨道高度和倾角影响较为明显;相比于低轨道、低倾角卫星,高轨道、高倾角卫星对于极移参数的解算精度提升效果更为显著,这主要是得益于该轨道配置可提供更多的SLR观测数据;此外,空间连接误差分析结果表明,ERP对于低轨卫星SLR棱镜质心改正的误差更加敏感,特别是在Z向,2 cm的Z向SLR棱镜质心改正误差可使得极移X分量和Y分量的估计精度分别下降24%和14%。

不同组合模型的地球自转参数预报对比

以最小二乘法、小波去噪、小波神经网络和BP神经网络为基础,构建9种地球自转参数预报模型,并进行30 d短周期预报。结果表明,对于极移预报,基于BP神经网络的地球自转参数预报模型效果不佳,RMSE均大于1.5 mas;最小二乘与小波神经网络组合模型的预报效果最好,RMSE小于1.3 mas。对于日长变化预报,最小二乘与小波神经网络组合模型的预报效果不佳,RMSE均大于0.18 ms;小波神经网络预报模型预报效果最好,RMSE为0.07 ms。

地球自转参数预报误差对天文测量影响的分析

由于地球自转参数(ERP)的滞后性,目前主要使用国际地球自转和参考服务IERS发布的Bulletin A(简称A公报)预报值进行解算,ERP预报误差对于天文测量的影响目前缺少系统的研究。为此,本文选取IERS 2015—2021近7年A公报的ERP参数对其长期预报及不同时间跨度预报误差分析,并以某站数字天顶望远镜观测结果为例,分析了ERP预报误差对于天文测量的影响。结果表明,随着时间的增加,预报精度越来越差,对于极移参数,1年跨度的预报误差值达到了0.021 as,预报误差对天文经、纬度及方位角的影响分别为0.045 as、0.041 as和0.042 as,完全满足一等天文测量的精度要求;而UT1-UTC预报精度是限制A公报精度的主要因素,60天UT1-UTC的预报误差值已达到了0.007 s,对天文经度的影响达到了0.379 as,已超出一等天文测量的精度要求。为了满足一等天文测量的要求,选取UT1-UTC预报值时,其时间跨度最大为40 d。

基于CONT观测资料解算地球自转参数精度分析

为比较不同时段和不同技术解算地球自转参数的差异,基于CONT08、CONT11、CONT14、CONT17和IVS-R1/R4定期观测的2008年、2011年、2014年、2017年数据进行地球自转参数解算。同时,利用与CONT观测同时段的GPS数据参与解算,并以IERS提供的EOP14 C04序列作为参考值进行精度评定。结果表明,CONT17与其他3组CONT观测值相比具有更高的极移解算精度,精度提升约40%,但UT1-UTC精度基本处于同一水平;CONT观测比其他类型VLBI观测数据具有更突出的优势,如极移精度提升约30%,UT1-UTC精度提升约45%;VLBI和GPS观测技术比较显示,前者在解算UT1-UTC上更占优势,而后者在解算极移上更占优势。

几种改进的地球自转参数预报方法

地球的自转运动可通过极移、日长变化、岁差及章动来描述,上述参数称为地球定向参数(earth orientation parameter,EOP)。EOP包含了丰富的地球动力学信息,在卫星定轨、宇宙飞船跟踪、天文动力学、深空探测等领域有着非常重要的应用。受限于复杂的数据处理过程,空间大地测量技术获取的地球定向参数存在几小时甚至几天的滞后,然而某些实际应用需要实时获取地球定向参数数据,因此地球定向参数的预报研究具有重要的理论和实用价值。

用GPS观测资料解算地球自转参数的方法及影响因素分析

研究利用GPS观测资料解算ERP参数的方法。首先,利用全球近100个均匀分布、站址稳定的IGS测站的GPS观测数据解算地球自转参数,并将其与IGS相应产品进行比较,结果显示该解算方案可靠。其次,从实验数据和数理表示方面分析ERP参数解算过程中的轨道约束方案、先验ERP信息、站坐标数量对解算精度的影响,给出一些提高ERP参数解算精度的建议:对ECOM光压模型9参数中径、法向(D、Y)4个周期项采取相对宽松约束、随机脉冲参数采取紧约束,解算效果更佳;降低ERP先验信息对解算精度的影响,重点在于提高UT1-UTC的预报值精度;利用100个跟踪站数据解算,可达到解算效率和解算质量均最佳的效果。

利用GPS观测资料解算地球自转参数

利用22个IGS(International GNSS Service)跟踪站(IGS05)的连续观测资料估算地球自转参数ERP(Earth rotation parameters)(地球自转参数在测绘和卫星导航中是一组关键的参数),并与IGS地球定向参数EOP(Earth orientation parameters)(UTC 12:00:00)和IERS(International Earth Rotation Service)C04(UTC 00:00:00)同时刻的结果相比较。比较结果表明:与IGS EOP比较,极移在x方向差值的RMS为0.0214 mas,极移在y方向差值的RMS为0.0662 mas,UT1-UTC差值的RMS为0.0260 ms;与IERS C04比较,极移在x方向差值的RMS为0.0203 mas,极移在y方向差值的RMS为0.0354 mas,UT1-UTC差值的RMS为0.0016 ms。以上差别均在IERS C04精度范围之内,我们解算的地球自转参数结果是可信的。

测站数目和观测弧段对GPS解算地球自转参数的影响分析

应用GPS技术解算ERP参数时,其精度受到测站的选取、网形结构等因素的影响。针对该问题,利用全球IGS站的GPS数据并采用控制变量法,依次分析了不同测站数目、不同观测弧段长度等因素对解算ERP参数的影响。研究发现,这两种因素对解算ERP参数有较大影响,应当根据不同的测站数目选取相应的观测弧段长度,才能达到最佳的解算效率和解算精度。

地球自转参数短期预报方法及其实现

根据极移及日长变化的特性,采用LS与AR模型相结合的方法,建立了适合地球自转参数(ERP)的预报模型。为减少相邻残差存在的强相关性,先对残差序列进行差分预处理,然后利用AR模型进行ERP的预报。对ERP进行了1—10天的短期预报,其预报精度接近国际最好水平。

利用区域网GPS/BDS数据确定地球自转参数

地球自转参数是卫星轨道确定、深空探测器导航等的重要基础数据,是联系天球坐标系和地固坐标系不可缺少的物理参数。本文针对我国自主确定地球自转参数时,需要回答其精度和可靠性问题,提出利用区域网GPS/BDS数据确定极移、日长变化等地球自转参数估计方法,详细推导了地球自转参数偏导数的计算公式。利用2013年6月我国陆态网27个分布均匀的GPS基准站数据获得了地球自转参数的估计结果,并利用MGEX网BDS数据进行了地球自转参数确定的初步试验。计算表明:由我国陆态网数据可获得极移X、Y分量的精度约0.294mas和0.398 mas,日长变化精度约0.112 ms/d。由MGEX网BDS数据自主确定的极移X、Y分量精度约0.923 mas和1.017 mas,低于陆态网GPS数据的解算结果,日长变化精度约0.055 ms,优于陆态网GPS数据的解算结果。利用区域网GPS/BDS确定的极移参数存在明显的系统性偏差,而日长变化的系统性偏差较小。研究成果为我国自主确定地球自转参数提供了有益的参考和借鉴。

采用自回归滑动平均模型的地球自转参数短期预报

根据地球自转参数时间序列的特性,给出了自回归滑动平均模型的识别方法,在自回归滑动平均模型参数估算中采用了长自回归白噪化方法,试验分析表明,采用该方法进行参数估计时具有简便较为有效的特点,同时,该方法的另一个特点是全部求解过程都是解线性方程组,避免了非线性运算。为减少地球自转参数时间序列相邻数据的强相关性,先扣除地球自转参数时间序列的趋势项和周期项,再对残差序列进行差分处理,最后利用自回归滑动平均模型对地球自转参数进行短期预报,有效验证了上述算法的可行性及正确性,地球自转参数短期预报结果与地球自转服务产品相当。

基于LS+AR模型的三种方式预报地球自转参数的比较

为研究最小二乘(least squares,LS)模型和自回归(autoregression,AR)模型的组合(LS+AR)方法用于地球自转参数(Earth rotation parameters,ERP)的预报时,不同的预报方式对预报结果的影响,我们采用递推、迭代和间隔这3种预报方式对ERP进行预报。结果表明,这3种方式对日长变化(length of day,LOD)所有跨度预报的精度相当,而递推方式在极移所有跨度的预报上表现出精度优势,间隔方式次之,迭代方式最差。在数据利用率和计算速度方面,递推和迭代方式的数据利用率高,但前者的计算量明显小于后者,而间隔方式的数据利用率低,但计算速度最快。

利用全球IGS站GPS数据确定地球自转参数

地球自转参数是天球坐标系与地固坐标系相互转换不可缺少的物理参数，也是卫星精密定轨、高精度深空导航与定位必不可少的重要基础数据。本文基于附有约束条件的最小二乘估计，给出了利用全球IGS站GPS数据确定极移、极移变率和日长变化等地球自转参数的基本原理和算法。利用2009年8月18日至27日共10天的全球110个IGS站数据获得了GPS卫星轨道和地球自转参数的估计结果。计算表明：由全球IGS数据可获得优于4cm的GPS卫星3D轨道精度和2．2cm的1D轨道精度；极移X、Y分量的精度分别约0．15mas和0．1mas，极移精度优于0．2mas；极移变率X、Y分量的精度分别约0．18mas／d和0．16mas／d，极移变率精度优于0．27mas／d；日长变化精度约0．02ms／d，相比较而言，日长变化解算的稳定性要低于极移参数。

GPS在测定地球自转参数等方面的应用

本文介绍了近年来全球定位系统(GPS)在地球动力学和地求自转服务等领域中的广泛应用,并给出了两次GPS联测GIG'91和IGS'92在高精度高分辨率的地球自转参数、高精度的全球尺度基线长度和地心坐标的测定中取得的令人瞩目的成果。本文还简要地叙述了GPS高精度测量中存在的一些主要问题。

联合MGEX和iGMAS观测网多模GNSS数据确定地球自转参数

地球自转参数是卫星精密定轨、高精度深空导航与定位等必不可少的重要基础数据。本文给出了联合MGEX和iGMAS观测网多模GNSS数据确定极移和日长变化等地球自转参数的基本原理与算法。在随机模型方面，为合理确定不同卫星系统如GPS、GLONASS和BDS观测数据问的权比，给出了基于方差分量估计的权比调节方法。在函数模型方面，充分顾及与测站相关的系统间偏差ISB和与频率相关的频间偏差IFB影响，通过设定附加参数予以估计，并分析了这两类参数的估计精度和稳定性。利用2014年12月份MGEX和iGMAS观测网的GPS／GLONASS／BDS数据，进行了地球自转参数确定的初步试验。计算结果表明：联合MGEX和iGMAS观测网数据，可在一定程度上提高ERP的确定精度。iGMAS数据的加入在极移X分量上提高约13％，极移Y分量上提高约7．5％，日长变化的精度提高约9．8％。利用方差分量估计可合理确定不同导航系统观测数据的权比，较按等权处理模式获得的地球自转参数结果精度和可靠性更高。BDS、GPS、GLONASS间存在系统偏差，其大小因测站和频率而异，总体变化较为平稳，稳定度在分米量级。

地球自转参数的LS+AR超短期预报方法

地球自转参数(ERP)是卫星精密定轨中联系天球坐标系与地球坐标系的必要参数,是国际GNSS服务组织(IGS)和国际GNSS监测评估系统(i GMAS)分析中心的重要产品。为了提高中国测绘科学研究院分析中心(CGS)的线性模型预报精度,本文研究了最小二乘(LS)和自回归模型(AR)组合的超短期预报最优方法;通过不同周期数据确定最佳预报时长,利用LS+AR模型进行超短期预报,并通过IGS和i GMAS与线性模型产品对比。结果表明:利用8 d(时段)数据进行超短期预报最优;LS+AR模型预报精度明显优于LS模型;LS+AR的超短期预报方法优于分析中心的线性预报方法;EOP的PMX和PMY分量利用时段数据预报、LOD利用天数据预报精度更高。本文超短期预报方法能够提高ERP预报精度,为IGS或i GMAS分析中心的ERP预报提供了一定的参考意义。

地球自转参数的RFFLS短期预报算法研究

地球自转参数(ERP)是实现地心天球坐标系(geocentric celestial reference system,GCRS)与国际地球坐标系(international terrestrial reference system,ITRS)相互转换的必要参数,是国际GNSS服务组织(IGS)和国际GNSS监测评估系统(iGMAS)分析中心的重要产品。本文针对最小二乘地球自转参数预测算法会造成数据饱和以及新旧数据在数据处理及预报中被同等对待等问题,将遗忘因子引入最小二乘预测算法,进而提高ERP预报精度。遗忘因子递推最小二乘算法能防止数据饱和,降低旧数据的影响,加强新数据的作用,降低在求解拟合参数时出现秩亏矩阵求逆的几率,提高预报精度。本文详细推导了遗忘因子递推最小二乘表达式,探究了最佳遗忘因子,并通过ERP试验将该方法和原最小二乘的试验结果及LS-AR模型的预报结果作对比,发现仅用遗忘因子最小二乘模型预测就可以达到与LS-AR组合模型预测相当的精度。

基于ARIMA模型的地球自转参数预报研究

为了提高基于ARIMA模型的地球自转参数预报精度,着重分析了ERP数据序列预处理中周期项成分的精确获取技术、ARMA模型阶次的优化选择问题,以及ERP数据序列不同差分次数对模型精度的影响。利用国际地球自转和参考系统服务组织公布的ERP最终产品,365组预报结果表明,UT1-UTC预报30d精度可达3.398 6ms,10d以内预报应选取2次差分模型,10d以上选取1次差分模型;日长预报30d精度可达0.337 5ms,应选取零次差分预报模型;Xp预报30d精度为11.189 1mas,Yp预报30d精度为7.932 1mas,两者均选择1次差分模型。

大气对地球自转参数（ERP）的高频激发

本文采用１９８３—１９９２年期间由空间大地测量技术观测和归算的地球自转参数（ＥＲＰ）序列，以及由全球气象资料归算的大气角动量（ＡＡＭ）序列，分析和研究了大气对地球自转参数的日长变化（ＬＯＤ）和极移（ｘ和ｙ）在一个月时间尺度以内的高频激发作用，得到的主要结果如下：１大气对ＬＯＤ分量高频潮汐的估计值存在着影响，但是，潮汐形变参数ｋ／ｃ随时间和频率的变化却是受非大气因素的扰动引起的．２．大气可以解释３０天以下ＬＯＤ非潮汐的大部分变化．３．极移分量３０天以内的高频变化也主要由大气激发．ｘ分量与大气的相关性要强于ｙ分量，而且更为稳定，主要表现为平均时间尺度约为２７天的波动，大气对这个波动的贡献可达７０％．

基于数字天顶摄影仪的地球自转参数测定方法研究

为研究利用数字天顶摄影定位方法测定地球自转参数的可行性,结合数字天顶摄影定位原理及时空基准转换差异,详细分析多台站地球自转参数测定及单台站UT1-UTC测定原理,并推导给出相关数学模型。模拟仿真及实测验证结果表明,采用目前高精度天顶摄影定位系统(精度0.05″),通过全国范围内的合理布站,可实现UT1-UTC参数±5 ms、极移参数±0.06″的测量精度。单台站UT1-UTC实测精度为5~8 ms,可满足特定军事工程需求,同时可为多台站联合解算ERP参数提供数据支撑。研究成果可为我国开展地球自转参数测定提供理论参考。