大地重力学的最新进展--参加"重力,大地水准面和航天技术"学术会议(GGSM2004)札记

国际大地测量协会(IAG)于2004年8月30日～9月3日在葡萄牙波尔图(Porto)召开了"重力,大地水准面和航天技术(GGSM2004)"国际学术讨论会.会议主要讨论了航天技术应用于地球和行星重力场及其时变及其模型或模式建构;航天、航空和地面重力测量的仪器及其进展;局域大地水准面的求定;应用雷达和激光测地和(海)等技术的进展及其应用等几个方面的热点问题.     

卫星重力场模型在极地区域的精度分析

卫星重力计划实施以来,世界各国测量研究机构基于卫星重力数据、卫星测高、船测重力、航空重力数据和地面重力数据研制了诸多高精度、高分辨率的地球重力场模型。然而,由于极区缺少相应的测量重力数据,模型精度通常较低。本文针对卫星重力测量确定的地球重力场模型精度的不确定性问题,对比分析了国际上发布的几种较新的重力场模型,分析了其在南极和北极地区反演的重力异常的准确性。结果表明,e模型虽然采用了部分极地实测重力数据,但在同阶次的情况下,其在极区的精度也并不是最高的。SGG-UGM-1模型的内符合精度在高阶时最高,在极地区域与地面重力数据误差最小。     

卫星重力梯度数据重力异常的精度分析

针对GOCE卫星确定的地球重力场模型精度的不确定性,对比分析GOCE位模型与多个不同重力场模型确定的重力异常,并将其分别与船测重力数据、南极航空重力数据、北极重力数据以及美国和中国台湾地面重力数据比较研究。结果表明:GOCE位模型的内符合精度最高,与地面重力观测数据符合最优;与船测以及航空重力测量符合相对较差、精度较低。研究表明,在一定精度前提下,GOCE卫星确定的重力数据可用于无人区,从而提高重力观测数据的覆盖率。     

利用CORS站网监测三峡地区环境负荷引起的地壳形变与重力场时空变化

受地球动力学因素特别是地球表层大气、地表水及地下水动力环境影响,地面站点位置、地球重力场及大地水准面随时间变化。以三峡地区CORS站网为主,少量重力台站为辅,采用负荷形变与地球重力场严密组合方法,综合确定了2011-01-2015-06三峡地区环境负荷驱动的地壳形变与重力场月变化,结果显示:（1）CORS站网具备地壳垂直形变、大地水准面及地面重力变化的监测能力;（2）三峡地区地壳垂直形变年变化幅度36.1 mm,大地水准面年变化幅度28.2 mm,地面重力年变化幅度117.4 μGal;（3）CORS站网地面重力变化监测精度水平不低于流动重力场重复测量;（4）CORS站网地壳垂直形变与地面重力变化监测具有一定的外推预报能力。     

多类地球重力场模型的高程异常精度比较

分析了最新的多类地球重力场模型解算GNSS点高程异常的精度,利用中国某测区内的GNSS/水准数据与地球重力场模型解算值相比较,选择出较优精度的重力场模型,在测区范围内解算精度达到21.09 cm,消除系统偏差后的精度最高为3.94 cm.结果表明在本区域地球重力场模型确定的重力似大地水准面与GNSS/水准的似大地水准面存在系统偏差,消除系统偏差后的结果精度有所提升,可在铁路工程测量中发挥一定的作用.     

GPS卫星定轨中的摄动力影响分析

分析了地球重力场、海洋潮汐、行星摄动、地极潮汐、相对论加速度等对GPS轨道拟合及轨道外推造成的影响,认为在GPS定轨中除了顾及地球重力场及海洋潮汐对卫星轨道影响之外,还应注意地球重力场模型及海洋潮汐模型的选用问题;此外,在短弧定轨可以不考虑行星摄动、地极潮汐以及相对论加速度的影响,但长弧定轨中需考虑它们的影响。     

相对论效应及其对GPS技术的影响

本文根据相对论基本原理,系统地阐述了GPS中必须仔细考虑的几项主要的相对论效应,包括运动时钟的时间膨胀、引力频移以及地球自转引起的Sagnac效应等,并对相对论效应在GPS中的实际应用进行了定量分析和讨论。     

EIGEN-GL04C重力场模型的精度分析

本文对GFZ发布的GRACE EIGEN-GL04C重力场模型从球谐系数分析、误差阶方差分析两方面进行了精度评价。研究表明,相较于以往的重力场模型,EIGEN-GL04C重力场模型精度对120阶以下(未包含J2项)的地球中长波部分具有明显的改善。GRACE重力卫星测量已经成为获取地球重力场信息的重要手段。     

EGM2008在GPS高程拟合中的应用研究

西南边境地区地形复杂、山高坡陡、交通不便,采用常规的水准测量方法测量极为困难。本文引入最新的EGM2008地球重力场模型用于西南边境地区的GPS高程拟合,并探讨与分析了基于EGM2008地球重力场模型的高程拟合精度。本文以云南省"兴地睦边"农田整治重大项目中的某高山地测区为例,结合常规高程拟合数学模型与EGM2008地球重力场模型,建立区域似大地水准面精化模型进行GPS高程拟合,其结果与常规高程拟合数学模型的结果进行对比分析。     

相对论效应及其对GPS技术的影响

本文根据相对论基本原理,系统地阐述了ＧＰＳ中必须仔细考虑的几项主要的相对论效应,包括运动时钟的时间膨胀,引力频移以及地球自转引起的Ｓａｇｎａｃ效应等,并对相对论效应在ＧＰＳ中的实际应用进行了定量分析和讨论。     

激光在天空对地观测中的应用

1960年7月世界上第一台激光器问世后，激光测距迅速兴起，不管是地面激光测距，还是激光测卫和激光测月，都为大地测量学的发展作出了重大贡献；特别是激光测卫测月成果，为我们深化对地球动态效应的认识，揭示地球的奥秘，提供了许多重要的科学数据，本文综析了值得注视的下列新近发展。.在IGEX-98国际大联测中，求定GLONASS卫星的激光轨道与微波轨道之差；.评定PRN05/06号GPS卫星星历的精度；.检核Topex/Poseidon海洋测高卫星用GPS定轨的测量误差，.用机载激光测深系统测量海水的浓度；.用EOS-ALT星载激光测距/测高系统测量地球动态参数。     

GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法

研究了GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法。论文的主要工作和创新点有： (1) 建立了扰动重力梯度张量各分量没有奇异性的详细计算模型,解决了重力梯度张量Txx分量在两极地区计算的奇异性难题。 (2) 系统研究了卫星重力梯度数据向下延拓的解析法、泊松积分迭代法和卫星重力梯度数据格网化的移动平均法、反距离加权法、普通克里金法,建立了相应的数学模型,导出了相应的计算公式,并采用“直接法”和“移去-恢复法”两种方案对其向下延拓和格网化效果进行了测试。 (3) 分析了能量守恒方程中各项误差对沿轨扰动位计算结果的影响,建立了利用GOCE模拟数据确定地球重力场的最小二乘直接法、调和分析法、最小二乘配置法的实用数学模型,并做了大量的模拟计算。 (4) 建立了利用扰动引力梯度张量各单分量和组合分量确定地球重力场的最小二乘直接法去奇异性计算模型;推导了利用扰动引力梯度张量单分量和组合分量解算地球重力场的调和分析法模型;进一步推导了扰动引力梯度张量各个分量之间的自协方差和互协方差函数及其与引力位系数之间协方差函数的具体计算公式。 (5) 推导了利用不同类型重力测量数据确定地球重力场的联合平差法数学模型,介绍并分析了模型中各类数据最优定权的参数协方差法和方差分量估计法。 (6) 论述了谱组合法的基本原理,给出了多种类型重力测量数据联合处理的谱权及谱组合的通用表达式,基于调和分析方法推导了SST+SGG、SST+SGG＋Δg和SST+SGG＋Δg+N恢复地球重力场模型的谱组合公式及对应谱权的具体形式。 (7) 推导了利用迭代法联合不同类型重力测量数据反演地球重力场模型的基本原理公式,并给出了其具体实现步骤。 (8) 分析并计算了重力卫星轨道高度、卫星星间距离和卫星轨道倾角的设计指标;讨论了双星轨道长半轴的一致性要求、双星姿态俯仰角的控制要求以及双星编队保持机动的时间间隔要求。 (9) 确定了KBR系统的星间距离、星间距离变化率和星间加速度的精度指标;设计了星载GPS系统的卫星轨道位置和速度以及加速度计测量的精度指标;计算了加速度计检验质量质心到卫星质心的调整距离精度指标;分析了恒星敏感器的姿态角测量精度和稳定度;计算了参考重力场模型对于累计大地水准面精度和积分卫星轨道的影响。 (10) 研制了一套利用卫星重力测量数据反演地球重力场模型的软件平台,可对卫星重力测量数据处理及其精度评估提供一些基本方法,并为我国卫星重力测量系统的总体战技指标和主要有效载荷技术指标的量化分析、论证提供理论和技术支持,为我国未来的卫星重力测量系统提供可能的积累和参考。     

固体潮对地球重力场时变特征影响的潮波公式

精密和详细测定地球重力场及其随时间变化,是目前卫星重力测量的主要课题.基于目前高精度的固体潮展开,研究固体潮对地球重力场时变特征的影响.不同于IERS2000推荐的固体潮对重力影响的理论模型,独立于天体历书而基于精密引潮力位展开直接给出在毫微伽精度下的潮波公式,并考虑到四阶潮汐的效应.同时对重力数据归算中的永久性潮汐的处理进行总结和说明.本文的工作可为高精度的地球重力场的研究提供理论依据和参考.     

利用GRACE和地球物理模型研究地球动力学扁率变化

作为一个旋转的扁椭球体,地球的动力学扁率J2变化主要是由各圈层相互作用和地球系统的物质流动所引起。当前,测定地球动力学扁率主要是通过卫星激光测距资料获得。本文利用GRACE月重力场模型、海底气压模型和冰期均衡调整模型等估计地球动力学扁率月变化ΔJ2,通过计算得到的C20时间序列与卫星激光测距(SLR)结果差别不大。通过计算分析,可以看出使用不同机构发布的GRACE数据产品,得到的季节变化时间序列的结果差别不大,与SLR结果非常接近,得出的C20时间序列在SLR方差百分比达70%。     

卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点

卫星重力发射将大大改善人们对地球重力场的了解 ,最近一些年已经和将要发射的 CHAMP、GRACE及GOCE卫星将把现有静态中长波长部分重力场的精度提高 1- 2个量级 ,并提供长波部分重力场随时间变化的信息。本文对这一大地测量的新进展作了简单叙述     

利用EGM96模型和DTM数据研究区域构造应力场

地球内部物质分布决定地球外部重力场,探索地球内部的构造动力学机制,关键在于研究地球内部因素。通过地球重力场模型得到其构造应力场,可用于研究地球内部构造运动的驱动力。本文利用EGM96参考重力场模型及DTM数据,采用PALGrav1.0软件,获得参考重力场元中的重力异常和垂线偏差,分别计算同一区域的构造应力场,对比分析两种数据获得构造应力场的分布状况。     

卫星重力研究:21世纪大地测量研究的新热点

卫星重力发射将大大改善人们对地球重力场的了解 ,最近一些年已经和将要发射的 CHAMP、GRACE及GOCE卫星将把现有静态中长波长部分重力场的精度提高 1- 2个量级 ,并提供长波部分重力场随时间变化的信息。本文对这一大地测量的新进展作了简单叙述     

卫星测高在大地测量学中的应用及进展

本文介绍了卫星测高技术的发展背景、历史、现状和进展,描述了卫星测高在大地测量学领域诸多方面的应用,评述了地球重力场在地球科学中的作用,并阐述了利用卫星测高数据源在大地测量学领域取得的成果。介绍了最新测高卫星的发展状况,提出了由新一代卫星测高资料确定地球形状的时间变化特征和规律的研究方向,将拓宽卫星测高技术在全球变化研究中的应用。     

泉州市新大地水准面精化研究

随着城市的扩大,泉州市在完成新一轮精度较好的GPS/水准网布测与数据处理的基础上,通过收集、整理泉州市及周边地区陆地重力测量资料、国内外先进的地球重力场模型,采用先进的(似)大地水准面确定理论与方法,完成了泉州市规划区精度优于3 cm的似大地水准面的确定工作.     

GFZ的第一个GRACE地球重力位模型

德国地学研究中心GFZ(GeoForschungsZen-trum Potsdam)于2003年7月25公布了第一个GRACE(Gravity Recovery and Climate Experi-ment)地球重力位模型EIGEN-GRACE01S(Euro-pean Improved Gravity model of the Earth by Newtechniques)。该模型在半波长1000km的精度至少是最新的CHAMP(GFZ’S CHAllenging Minisa-tellite Payload Mission)模型的5倍。在CHAMP和GRACE卫星计划之前,地球重力场的长波信息的获取主要依赖于对人造地球卫星的跟踪测量,通常只能得到1000km或更长波长的信息。而仅利用卫星跟踪数据很难得到地球重力场的短波信息。因此,地球重力位模型的中、短波分量需由航空重力测量、海洋重力测量或地面重力测量得到。2000年7月开始的