《地壳形变课程设计ITRF有关问题(共11页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地壳形变课程设计ITRF有关问题(共11页).doc（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上ITRF中高程精度问题的解决方案 提高GPS高程精度一， 地球参考系统地球参考系统是定义坐标系统的原点、尺度和定向及其随时间演变的一系列协议、算法和常数。地球参考框架由一系列坐标精确已知的物理点组成，这些坐标基于特定的参考系统，是地球参考系统的物理实现。地球参考框架是地球相关学科 天文学、地球物理学和大地测量学以及空间技术的基础设施，地球参考框架所能达到的完善程度，对于我们研究地球的区域、全球性质的问题及空间技术的发展具有十分重要的意义。目前国际上已经建立并广泛使用的参考框架有ITRF、IGS、WGS84等 。二，地球参考框架地球参考框架是地球参考系统的实现，由一系列
2、相应地球参考系统下的位置和速度精确已知的物理点组成。在这一系列相容的坐标及其随时间演变中实际上隐含了定义一个地球参考系统所必须的原点、尺度、定向及其随时间的演变。目前世界范围内广泛使用的参考框架有以下几种：（一）WGS-84（World Geodetic System一1984 Coordinate System） 坐标系的原点位于地球质心，z轴指向（国际时间局）BIH1984.0定义的协地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。美国国防部于20世纪80年代中期建立了WGS84，并将其作为GPS系统广播星历和NIMA精密星历的参考框架
3、。为了维持和提高WGS84框架的精度，美国国防部对WGS84其进行了精化处理，先后发布了WGS84(G730)，WGS84(G873)和WGS84(G1150)，其参考历元分别为19940，19970和20010。WGS84(G1150)是目前为止最新的参考框架，由8个美国空军站和l2个美国地理空间情报局站的坐标和速度实现。由于数据质量和处理方法的提高，WGS84(1150)的精度及与ITRF2000的一致性水平有了显著的提高。（二）ITRF（International Terrestrial Reference Frame） ITRF是国际地球参考系统，其定义为：1.原点定为地心，规定为包括
4、海洋和大气的地球质量中心。2.定向采用国际时间局(BIH)l 9840结果。3.尺度是广义相对论意义下，局部地球框架的尺度。4.时变遵循地壳板块运动相对于地球整体无旋转，即地壳不受剩余地球自转的影响。ITRF通过选择的空间坐标分量X、Y和Z加以准确确定。如果需要也可以利用地理坐标，此时应引人地球椭球，国际上推荐采用1980大地参考系地球椭球。ITRF原点的定义是相对于地球质心长期平均时刻而言 在地固参考系的观测中地心呈直线运动。它是行星内部首先是大气和海洋质量流动形成。地心运动取决于IERS各种观测技术的配合和观测站的分布。由于目前还未达到预想的效果，所以仅是一种接近的结果。国际地球参考框架I
5、TRF是国际地球参考系统(ITRS)的实现，由国际地球自转及参考系统服务(IERS)负责建立和维持，是国际公认的最为精确的全球参考框。ITRF的实现基于VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS空间大地测量技术的观测数据。这些观测数据首先由不同技术各自的分析中心进行处理，最后由IERS中心局(IERS CB)根据各分析中心的处理结果进行综合分析，得出ITRF的最终结果，并由IERS年度报告和技术备忘录向世界发布。 随着空间测量技术水平的提高、观测手段和测站数量的增加以及数据处理方法和采用模型的精化， ITRF 也在不断地改进和完善， IERS共发布了10余种ITRF序列， 分别为ITRF88
6、一ITRF94、 ITRF96、 ITRF97、ITRF2000和ITRF2005。（三）IGS IGS参考框架由IGS负责建立和维持，为IGS产品提供了一个稳定和可靠的内部参考框架。与ITRF系列参考框架不同，这些参考框架仅基于GPS技术实现，保证了IGS产品的内部一致性。最新的IGS参考框架为IGS05，与ITRF2005相一致，给出了132个IGS站的位置和线性速度。IGS05采用绝对天线相位中心改正，极大提高了IGS框架尺度因子的精度。随着IGS(国际GPS动力学服务)的建立，ITRF与GPS的关系变的更加密切，IGS同IERS紧密合作，一方面IERS负责产生ITRF的测站坐标、速度和
7、地球自转参数，另一方面，IGS客观提供全球GPS观测数据并改进ITRF解。在IGS的建立初期，IGS分析中心利用一些跟踪站的ITRF坐标去计算GPS卫星轨道。IGS精密星历选用的是ITRF坐标。（四）GTRF (Galileo Terrestrial Reference Frame) 高精度、稳定的伽利略参考框架(GTRF，Galileo Terrestrial Reference Frame)的实现是欧洲伽利略卫星导航系统所有最基本的产品和服务的基础，由伽利略大地测量服务原型(GGSP，Galileo Geodetic Service Provider Prototype)负责建立和维持。G
8、TRF不仅要服务于伽利略核心系统，同时也要服务于伽利略用户部分(GGSP，2004)。GTRF的实现将借鉴IGS框架的相关技术和经验。GTRF初始实现所采用的测站网由3部分组成：l8个GSS站(在GSS运行前等效于IGS站)、45个IGS站和10个并置了SLR技术的IGS站 。（五）GGCS2000大地坐标系 国务院批准自2008 年7 月1 日，启用我国2000 国家大地坐标系（英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，缩写为CGCS2000）。2000中国大地坐标系符合ITRS(国际地球参考系)的如下定义：1)原点在包括海洋和大气的整个地球的质量
9、中心；2)长度单位为米(SI)。这一尺度同地心局部框架的TCG(地心坐标时)时间坐标一致；3)定向在19840时与BIH(国际时间局)的定向一致；4)定向随时间的演变由整个地球的水平构造运动无净旋转条件保证。以上定义对应一个直角坐标系，它的原点和轴定义如下：1)原点：地球的质量中心；2)z轴：指向IERS参考极方向；3)x轴：IERS参考子午面与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线；4)Y轴：完成右手地心地固直角坐标系。CGCS2000通过2000国家GPS大地网的点在历元20000的坐标和速度具体体现。2000国家GPS大地网由中国地壳运动观测网络(包括基准网、基本网和区域网)，全国GPS一、
10、二级网，国家GPS A、B级网和地壳形变监测网等空间网(共2518点)经联合平差得到。三，ITRF现状与问题地球及其周围环境的各种运动和变化的监测与研究，需要在一个固连于地球的参考框架（）中来描述、 等空间技术的发展，使地球动态变化的监测和研究发生了深刻的变革地壳运动的监测已从厘米级向毫米级发展，毫米级地壳非线性运动特征的监测和研究，需要在一个毫米级的地球参考框架中来描述毫米级地球参考框架的构建是当今地球科学的前沿研究课题目前国际上通用的国际地球参考框架是由一组固定在固体地球表面的参考点（基准站）组成，这些参考点的历元坐标和速度场，就具体定义了一个尽管目前中基准站的历元坐标和速度场已达到了毫米
11、级，但由于在基准站坐标的定义中没有包含地壳非线性周期运动（主要是高程方向的周年运动，较大的年振幅可达），致使基准站的站坐标达不到毫米级这样定义的地球参考框架显然已不能满足当今毫米级地球动态变化监测的需要对毫米级，基准站的坐标应包含地壳非线性周期运动目前全球已有数百个的基准站（主要是站）建立了精度达、分辨率为天、长度达数年的站坐标时间序列通过对这些时间序列的频谱分析可获取地壳周期变化（主要是垂向的周年运动）的信息但空间技术（特别是 技术）获取的周期运动信息的可靠性和精度尚存在一些问题，必须经过严格的检核构建毫米级 的另一个关键问题是地球质心运动协议地球参考框架（）的原点定义为地球（包括大气和海洋
12、）的质量中心（）而作为协议地球参考系的参考点的观测台站则位于固体地球的表面，由这些观测台站构建的 的原点，从概念上讲应是固体地球表面的形状中心（） 相对于 的运动即为地球质心的运动（也称地心运动）对参考架原点的定义作了多次调整，将参考架原点定义为由解得历元0时刻的地球质心，但并不遵循关于框架原点的严格定义 给出了 解的原点相对于 原点的变化，实际上就是地球质心在 内的运动，通过给出的地球质心运动时间序列的频谱分析，可获取地球质心周期变化的可靠信息地壳（主要是垂向）和地球质心的周年运动，其地球物理机制与地球表面流体圈中的大气和各态水的质量迁移引起的地表负荷变化（主要包括大气、海洋非潮汐、积雪和土
13、壤贮水量的质量负载等）有关这些质量负载具有明显的季节性变化特征，由此引起季节性的地壳弹性形变（主要是高程方向）和地球质心运动国际地球自转服务下属的（ ）于年成立了（）工作组，其目的就是为 提供地球表面各种物质负载影响的可靠信利用这些地球物理因素的综合影响模制出测站高程方向周年变化信息，可用作等空间技术监测结果的比较和检核另外，近几年发射的用星载 定轨的、 低轨道卫星为地壳（主要是垂向）和地球质心的周年运动的监测和建模提供了新的手段。和国际服务（）、国际服务（）、国际 服务（）的最新成果：高精度的、 基准站的站坐标和地球质心运动的时间序列， 的 工作组提供的地球表面各种物质负载影响的可靠信息和
14、等卫星的监测结果，为毫米级地球参考框架的建立和维持提供了很好的条件，构建毫米级地球参考框架的时间已经到来到地壳的非线性运动以高程方向为主，高程方向又以周年运动为主要特征根据我们的监测结果，中国地壳高程方向周年运动的振幅可达地壳水平方向也有类似的周期运动，但其振幅要小得多，仅为 ，根据目前等空间技术的观测条件和监测精度，要获得水平方向周期运动可靠的监测结果尚有困难因此，目前作为建立和实现毫米级地球参考框架的第一步，首先解决和模制高程方向的周年运动，由此建立的地球参考框架的位置精度有望达到。四，GPS技术中高程精度的改进的解决方案 影响GPS水准因素：1，大地高；2，大地水准面差距。此处主要探究G
15、PS本身测量精度，也就是大地高 的测量精度。因素很多：与卫星有关的误差；与信号传播有关的误差；与接收机有关的误差而每个方面又有几个误差源，具体见GPS测量原 理与数据处理（李征航）。此处主要探究的是卫星的空间几何分布的影响。 原理解释：GPS卫星的几何分布：通俗讲或者与我们地面的用全站仪的交汇测量有相 似的地方，也就是已知几个测站点坐标，交汇出未 知点的坐标时，这几个测站点的平面分布对交汇点 的精确度有关系。与卫星的分布有关的量的分析DOP（diluton of precision,精度因子） XDOP,YDOP,ZDOP,HDOP,VDOP,GDOP,RGDO P事实上，这些分别代表了不同坐
16、标系，或者不同放 面的精度因子，理解了一个就等于理解的全部此处主要是探究与高程有关的垂直精度衰减因子：VDOP！有关DOP的知识与待定系数的协因数有关：VODP结论公式： 解决方案1：利用伪卫星增强卫星的空间分布伪卫星也就是在待测点附近地面放置一个信号发射器，模拟卫星，此种方案在主要用于一些卫星观测 高度角要求较高的地方，比如大坝底部等利用伪卫星的理论依据 对已观测的K颗卫星增加了一颗伪卫星之后，其矩阵G变为其中 其中结果表明，增强卫星数，其几何精度因子必定减小，这一结果同时也对可见卫星数越多定位越高这一经验性事实理论上给出了证明解决方案2：GPS，JALILEO组合系统导航定位，几个卫星星座放在一起，结过肯定是同一个时刻可 以观察到更多的卫星，从而提高图像强度PDOP指标仿真 GALILEO组合GPS结论：1，PDOP随精度分布的特点是GALILEO比GPS具有更优的PDOP，组合系统明显优于单个星 座系统。2，PDOP随纬度分布得点是GALILEO比GPS具 有更优的PDOP,组合系统明显优于单个星座系统。 3，一天内的PDOP随时间的分布特点同上。 4，综述，组合系统比单个系统改善30%40%左右。 专心-专注-专业