基于GNSS/声学定位的海洋大地基准网构建及应用

GNSS/声学定位技术的应用使得高精度海洋大地基准网建设成为了可能,海洋大地基准网的构建也将为水下用户提供重要的时间和空间基准。文章在分析海洋大地基准网建设需求与现状的基础上,介绍了GNSS/声学定位陆海时空基准传递原理,给出了基于GNSS/声学的海洋大地基准网构建方法,提炼了海洋大地基准网构建及应用关键技术,并对未来典型应用进行了展望。

考虑声线弯曲和深度约束的海洋大地基准网定位仿真分析

为了优化海洋大地基准网性能,本文研究了附加深度约束的海洋大地基准网定位方法及其观测模型设计矩阵解法,在此基础上考虑声传播路径弯曲,仿真分析了综合声学浮标、潜标和海底基站的海洋大地基准网定位性能。结果表明,潜标深度和基站间距均影响基准网的有效测站个数分布,且基站间距影响基准网的信号覆盖范围,适当扩大基站间距和增加潜标深度可有效提高基准网定位精度。相关结果可为海洋大地基准网的建设及应用提供参考。

地球参考框架ITRF2008在中国大地基准中的应用

利用国际地球参考框架ITRF2008及中国大陆连续基准站数据,分析了ITRF2008与ITRF2005及CGCS2000的差异,得出ITRF2008比早期的模型精度更高,但也存在着一定的差异性,这与观测台站、板块本身,数据解算策略等因素有关;中国地壳板块运动的不均匀性和复杂性造成了CGCS2000的变化,需对其进行动态维护。同时对CGCS2000与ITRF2008之间转换的方案也作了初步讨论。

从2012国际测量师联合会大会看国际大地基准的新进展

根据FIG 2012工作周会议后对当今国际大地基准新进展的简要总结,主要介绍美国、新西兰等国家在大地基准建设和现代化方面取得的成就,以及可为我国大地基准建设与发展提供的借鉴作用。

中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000(CGCS 2000)及其框架

简要介绍2008年7月1日启用的中国地心坐标系统2000(CGCS 2000)的定义及其采用的大地测量基本常数,并对CGCS 2000的坐标框架进行了评述:它应该是高精度,涵盖全部陆海国土,动态,具有方便用户的密度和分布,它由全球导航卫星系统国家级连续运行站网和国家高精度大地控制网这两部分组成。目前的框架由2000国家GPS大地网和它与全国天文大地网联合平差的成果构成,可以满足近期的需求。采用CGCS2000后将引起中国境内地面奌的大地经纬度值、高斯平面坐标值、地图上点间的方向和长度值等的变动,本文给出了相应的变动值和应对的基本思路。

日本大地震(Mw 9.0)对中国大地基准框架的影响

搜集日本震前与震后中国大地基准33个观测站10 d的GPS数据,采用相同的数据处理模式将震前与震后结果统一到相同的框架与历元下,分析日本大地震对中国大地基准的影响。计算结果表明,日本大地震对我国东北及沿海大地基准站影响稍大,平面变化最大将近2.2 cm,垂直变化最大将近2.0 cm,对内陆大地基准站影响不明显。我国东北地区有向东南方向变化的位移,且我国大地基准大都略有抬升,这与此次地震机理较一致。

我国建立现代大地基准的思考

提出了现代大地基准要考虑和顾及高精度、涵盖全部国土、三维、地心、动态、国际接轨等 6个要素。建议在国家GPS2 0 0 0网的基础上 ,进一步加密GPS网点和永久性跟踪站 ,构建有足够数量和密度合理分布的新的大地坐标框架点。现代大地基准应为用户在我国任何地点、任何时间测定高精度的三维地心坐标提供可靠的地理空间基础框架。

与动态地球和信息时代相应的中国现代大地基准

介绍日本、韩国、蒙古、新西兰、马来西亚等国家的大地基准现代化的进展;对中国大地坐标系统和大地坐标框架的现状和问题、以及将于2008年7月1日启用的中国地心坐标系统2000(CGCS2000)的坐标框架进行评述。

邻近国家大地基准的现代化

综合介绍中国邻近国家如日本、韩国、蒙古、新西兰、马来西亚对本国的大地基准的更新和现代化。

我国建立现代大地基准的思考

在改革开放的政治经济形势下 ,在科学技术 ,特别是空间技术及信息技术的迅猛发展和广泛普及下 ,大地基准要作哪些更新 ?要引入哪些新的概念和新的技术 ?文中提出了现代大地基准要考虑和顾及六个要素 ,即高精度 ,涵盖全部国土 ,三维 ,地心 ,动态 ,国际接轨。建议在国家GPS2 0 0 0网的基础上 ,进一步加密GPS网点和永久性追踪站 ,构建有足够数量和合理分布密度的新的大地坐标框架点。现代大地基准应为用户在我国任何地点、任何时间测定高精度的三维地心坐标提供可靠的地理空间基础框架。

航路规划中不同的大地基准对目标定位的影响

分析了目前普遍使用的四种大地基准之间的差异,通过不同大地基准对求解目标定位偏差的数学模型进行仿真。得出了8054系与80系之间以及54年系与 WGS-84系之间求解目标定位偏差的仿真结果。给出了航路规划中目标指示坐标系选取的指导性结论。

大地基准的现代化和卫星大地测量新成果——参加国际大地测量协会(IAG)2003年日本札晃大会札记

国际大地测量协会(IAG)2003年7月在日本札晃举行了近8天的学术讨论会。现将讨论会中关于我国近邻国家大地基准现代化,低轨卫星(LEO)解算地球重力场的新方法———《一步法》,及GPS数据处理方法的新进展等进行扼要介绍。《国际地面参考框架(ITRF)》一直作为全球的大地测量坐标框架,它目前存在的主要问题是它的框架点是一律被假定作常速运动的,但实际情况与ITRF的这一假定是不一致的。在这次大会上我国的近邻国家如日本、蒙古、新西兰、韩国、马来西亚等报告了本国大地坐标系统、坐标框架的更新和现代化,以及地区大地水准面的精化工作。通常利用二步法从低轨卫星的轨道信息求定地球重力场及其时变,大会上报告的一步法是对这一经典方法的重大改进和突破。GPS数据处理方法的新进展中比较突出的有:顾及观测数据短暂性相关影响的GPS连续运行网坐标及其移动速度的解算方案;含有系统误差的GPS观测数据的解算等。

日本大地基准及其现代化的思考

介绍了日本曾采用了百余年的大地基准TD1918,阐述了它不能适应当前日本的经济、社会和军事发展的需求,日本于2002年开始采用新的地心三维大地基准JGD2000。概要介绍了JGD2000大地系统的定义及其框架,最后给出了这两个新老大地基准的转换。

相邻不同大地基准系统的转换及数学模型研究

从 ＧＰＳ的几何观测量出发，依据大地测量的基本理论，推导了相邻不同大地基准系统间的转换关系及数学模型．并对相关的正常椭球面转化为ＷＧＳ－８４正常椭球面的计算进行了讨论．

海底大地基准点圆走航模式定位模型及分析

圆走航模式是确定海底大地基准点位置的常用测量模式。本文对圆走航模式的定位效能进行了系统分析。首先分析了顾及声速剖面变化规律的声学测距非差定位模型和削弱系统误差影响的历元间差分定位模型,然后分析了圆走航模式下非差、单差定位模型的定位效能,包括位置参数的可估性,不同分量位置精度的最佳测量半径、所达到的理论精度,以及测距误差对定位参数的影响等。理论分析发现,在标准圆走航模式下,为确保基准位置不同分量精度应有不同的最佳测量半径,前后历元差分定位模型对高程分量不可估。模拟数据及实测算例均发现,圆走航模式下差分定位模型虽然削弱了测距系统误差的影响,但同时也降低了设计矩阵几何观测强度,甚至会造成观测模型病态化,导致差分模型深度信息估计精度明显削弱。

海底大地基准建设技术及其研究进展

海底大地基准网将是新一代国家综合PNT(Positioning, Navigation and Timing)系统建设的重要组成,也是未来海洋立体观测系统的基础设施。联合全球卫星导航定位系统和声学测距的GNSS-声学定位技术可用于高精度水下定位,直接服务于海底大地基准网建设。本文聚焦海底大地基准建设技术,简要梳理了国内外水下声学导航定位技术及系统背景,分析总结了海底大地基准建设的站址勘选及布放技术要点,在讨论GNSS-声学观测平台和数据采集技术基础上,重点探讨了GNSS-声学定位的数据处理方法研究进展,最后简单介绍了GNSS-声学的当前主要应用并展望了未来海底大地基准建设的技术需求和应用问题。

顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法

海水声速变化引起的声波折射效应是影响海洋大地基准定位精度的关键因素之一,声线跟踪是已知准确声速剖面情况下消除折射效应的有效方法.然而现有的水声测距定位解算广泛基于收发同置假设,即认为声波的往返路径和测量载体的位置在较短的观测时延内不会发生变化,导致海洋大地基准的深海定位结果引入较大误差.针对上述问题,提出了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法,基于往返时延差最小原则结合常梯度声线跟踪搜索得到目标最优坐标,进一步提出了基于声线距离分配往返时延的牛顿迭代解算法以提高计算效率,最后通过深海试验证明了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法的有效性.

台湾的大地基准

台湾省在日本占领期间所建立的大地坐标系统,主要是为了在台湾测制地籍图,再加上当时技术条件的限制,因此比较简单。台湾目前一般称它为'旧地籍图坐标系统',该系统采用以'台中公园'中的一个三角点为基准点,由此向东西南北方向,在平面上传递坐标,以测制地籍图。1945年台湾光复后,为了测制1∶2.5万和1∶5万比例尺地图时,采用了南投县埔里的虎子山一等三角点(纬度为23°58″23″.340,经度为120°58′25″.975)为台湾大地坐标系统(当时与大陆大地坐标系统没有实测联测)的原点。椭球参数采用1924年IUGG推荐的大地参考系统,即海福特椭球的参数(a=6378388m f=297.0)。

空间定位技术和国家大地基准的现代化

近年来一些国家和地区都对本国或本地区的大地基准进行了更新和现代化。卫星空间定位技术的发展对大地基准的现代化提出了新的要求,也提供了实现的可能。

粤港澳大湾区大地基准和高程基准的统一

现代测绘基准包括大地坐标基准和高程基准,是一个国家或地区经济建设和社会发展的基本设施。粤港澳大湾区测绘基准建设项目充分利用新联测的大地控制网和已有的市级高程异常控制点等成果,通过对全域的GNSS联测以及在肇庆地区的水准测量,建立了大湾区统一的现代大地控制网和陆海统一的高精度似大地水准面模型。经检验,该模型的内、外符合精度分别为1.0 cm和1.7 cm。该项目的实施实现了粤港澳大湾区大地基准和高程基准的统一,并与已有广东CORS服务系统共同构建了三维实时动态的高精度基准服务,有助于粤港澳大湾区国家发展战略的实施。