目錄
叢書序
前言
第1章緒論1
1.1地球參考架和EOP概念1
1.2地球參考架確定現(xiàn)狀2
1.3EOP確定現(xiàn)狀4
1.4多種空間大地測(cè)量綜合的意義5
1.5本書結(jié)構(gòu)8
第2章地球參考架的建立與維持10
2.1理想地球參考系11
2.2國(guó)際地球參考架ITRF的建立與維持.12
2.3利用空間大地測(cè)量技術(shù)建立地球參考架概況15
2.4地球參考架建立與維持可能發(fā)展方向17
第3章地球定向參數(shù)確定與綜合19
3.1四種技術(shù)確定地球定向參數(shù)概況19
3.1.1VLBI測(cè)定EOP19
3.1.2SLR測(cè)定EOP20
3.1.3GNSS測(cè)定EOP22
3.1.4DORIS測(cè)定EOP23
3.2IERS地球定向參數(shù)產(chǎn)品24
3.3地球定向參數(shù)確定與綜合研究進(jìn)展26
3.4地球定向參數(shù)確定討論及未來(lái)發(fā)展方向27
第4章空間大地測(cè)量技術(shù)內(nèi)綜合方法28
4.1技術(shù)內(nèi)綜合參考架基準(zhǔn)約束的處理方法30
4.2SLR技術(shù)內(nèi)綜合31
4.3GNSS技術(shù)內(nèi)綜合34
4.4DORIS技術(shù)內(nèi)綜合36
4.5VLBI技術(shù)內(nèi)綜合37
4.6技術(shù)內(nèi)綜合解的精度和長(zhǎng)期性分析38
4.7技術(shù)內(nèi)綜合必要性、步驟和發(fā)展趨勢(shì)42
第5章綜合多種技術(shù)建立線性地球參考架和EOP方法43
5.1最小二乘理論在綜合中的應(yīng)用45
5.1.1最小二乘基本概念45
5.1.2參數(shù)的線性變換46
5.1.3參數(shù)的嚴(yán)格消除方法47
5.1.4法方程疊加47
5.2綜合多種技術(shù)建立地球參考架的模型48
5.3地球參考架的基準(zhǔn)定義.54
5.4多種技術(shù)并置站的應(yīng)用.57
5.5測(cè)站非連續(xù)性變化的探測(cè)58
5.6方差分量估計(jì)定權(quán)方法.60
5.7并行算法在求解大型法方程組中的應(yīng)用64
5.8線形地球參考架和EOP確定方法討論65
第6章多種空間大地測(cè)量技術(shù)綜合建立地球參考架結(jié)果分析66
6.1綜合地球參考架的基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)67
6.2綜合地球參考架的站坐標(biāo)及速度結(jié)果分析70
6.3線形地球參考架精度和穩(wěn)定性問題75
第7章多種空間大地測(cè)量技術(shù)綜合監(jiān)測(cè)EOP結(jié)果分析76
7.1多種技術(shù)綜合EOP解算結(jié)果76
7.2多種技術(shù)綜合EOP結(jié)果插值概述80
7.3利用LOD序列對(duì)UT1.UTC序列進(jìn)行加密的方法81
7.4綜合EOP的插值結(jié)果及精度評(píng)估88
7.5EOP確定與服務(wù)91
第8章野值和未標(biāo)注跳變探測(cè)及其對(duì)地球參考架和EOP影響92
8.1粗差探測(cè)算法——GESD方法原理介紹92
8.2跳變探測(cè)算法——STARS方法原理介紹93
8.3未標(biāo)注跳變的探測(cè)測(cè)試.95
8.4未標(biāo)注跳變對(duì)地球參考架的影響96
8.5未標(biāo)注跳變對(duì)EOP的影響及精度分析99
8.6未標(biāo)注跳變探測(cè)意義和必要性.100
第9章測(cè)站非線性特征提取及結(jié)果分析101
9.1地球構(gòu)造/非構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征分析101
9.1.1地球構(gòu)造影響因素分析101
9.1.2地球非構(gòu)造影響因素分析102
9.1.3地球構(gòu)造影響因素時(shí)變特征分析103
9.1.4地球非構(gòu)造影響因素時(shí)變特征分析104
9.2坐標(biāo)時(shí)間序列分析特點(diǎn)109
9.3非線性特征分析方法110
9.3.1傅里葉變換110
9.3.2小波變換112
9.3.3傳統(tǒng)最小二乘擬合法113
9.3.4PCA方法114
9.3.5SSA方法117
9.4非線性特征分析結(jié)果119
9.4.1存在未標(biāo)注跳變，以GNSS測(cè)站尤為突出119
9.4.2存在周期性信號(hào)，但各技術(shù)和測(cè)站表現(xiàn)周期性不全相同120
9.4.3存在時(shí)變振幅周期性信號(hào)121
9.4.4存在共模誤差，歐美地區(qū)表現(xiàn)尤為突出122
9.5非線性特征建模122
9.5.1非線性特征建模調(diào)研122
9.5.2基于PCA的全球GNSS臺(tái)站坐標(biāo)殘差時(shí)間序列非線性特征建模126
9.5.3基于奇異譜分析方法的非線性特征建模133
9.6測(cè)站非線形特征提取和建模精度討論135
第10章毫米級(jí)非線性地球參考架構(gòu)建與EOP結(jié)果分析.136
10.1非線性地球參考架構(gòu)建基本理論136
10.2非線性地球參考架構(gòu)建測(cè)試及結(jié)果分析139
10.2.1地球參考架基準(zhǔn)結(jié)果分析139
10.2.2站坐標(biāo)與速度結(jié)果及精度分析141
10.3綜合EOP結(jié)果及精度評(píng)估145
10.4非線形地球參考架和EOP確定方法發(fā)展討論147
第11章高精度EOP預(yù)報(bào)算法及精度分析149
11.1高精度EOP快速預(yù)報(bào)需求分析149
11.2EOP預(yù)報(bào)現(xiàn)狀150
11.3EOP短期預(yù)報(bào)算法及精度分析152
11.4EOP中長(zhǎng)期快速預(yù)報(bào)算法及精度分析154
11.4.1“WLS+AR”EOP預(yù)報(bào)算法及精度分析154
11.4.2“LS+AR+Kalman”組合EOP預(yù)報(bào)算法精度158
11.4.3極移差分預(yù)報(bào)模式精度158
11.5EOP預(yù)報(bào)算法和精度討論160
第12章區(qū)域地球參考架和EOP確定161
12.1區(qū)域地球參考架簡(jiǎn)介和研究現(xiàn)狀161
12.2區(qū)域地球參考架實(shí)現(xiàn)方法163
12.3全球和區(qū)域垂直參考系統(tǒng)164
12.4區(qū)域EOP確定及精度分析165
12.4.1區(qū)域VLBI網(wǎng)EOP確定、解算策略及精度分析166
12.4.2區(qū)域SLR網(wǎng)EOP確定、解算策略及精度分析168
12.4.3區(qū)域GNSS網(wǎng)EOP確定、解算策略及精度分析168
12.5中國(guó)地球自轉(zhuǎn)與參考系服務(wù)系統(tǒng)(CERS).170
12.6ERS期待持續(xù)支持和發(fā)展172
參考文獻(xiàn)173
表目錄
表1.1IERS與各技術(shù)國(guó)際分析中心EOP監(jiān)測(cè)精度比較5
表1.2四種測(cè)量技術(shù)對(duì)地球參考架和EOP貢獻(xiàn)相對(duì)大小的比較6
表1.3四種測(cè)量技術(shù)的比較7
表2.1IERS實(shí)現(xiàn)的國(guó)際地球參考架ITRF的演化13
表3.1IERS各EOP產(chǎn)品概況和主要差異24
表4.1IGS、IVS、ILRS及IDS提供的技術(shù)內(nèi)綜合周(日)解的主要特點(diǎn)(以ITRF2014為例)29
表4.2各分析中心在1983～2009年的平均加權(quán)因子及其標(biāo)準(zhǔn)差(Pavlis et al.,2010)33
表4.3SLR技術(shù)內(nèi)綜合解的核心站列表33
表5.1四種技術(shù)建立觀測(cè)方程和法方程組的輸入和待估參數(shù)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況52
表5.2方差分量估計(jì)的兩種算法比較64
表5.3四種技術(shù)的方差分量估值初步結(jié)果64
表5.4程序運(yùn)行時(shí)間成本對(duì)比65
表6.1兩組TRF綜合解的輸入數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)間范圍67
表6.2SOL-1和SOL-2與ITRF2008，ITRF2014，DTRF2008之間轉(zhuǎn)換的14參數(shù)結(jié)果比較67
表6.3SLR技術(shù)TRF周解相對(duì)于SOL-1和SOL-2綜合解的平移參數(shù)時(shí)間序列的周年信號(hào)擬合結(jié)果69
表7.1EOP綜合參數(shù)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)77
表7.2綜合解SOL-1和SOL-2中的EOP綜合解與IERS08C04比較的外部精度78
表7.3單技術(shù)長(zhǎng)期解EOP結(jié)果與IERS08C04較差WRMS統(tǒng)計(jì)結(jié)果同DGFI的對(duì)比78
表8.1基于t-分布的時(shí)間序列粗差識(shí)別結(jié)果95
表8.2SOL-A和SOL-B中EOP的WRMS情況100
表9.1水平和垂直方向估計(jì)的周期運(yùn)動(dòng)幅度和垂直方向長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)速率統(tǒng)計(jì)(周期運(yùn)動(dòng)單位為mm，長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)速率單位為mm/a)102
表9.2歐洲區(qū)域36個(gè)站點(diǎn)GPS與GRACE序列(恢復(fù)改正前后分別)的比較106
表9.3基于冰蓋融化模型正演所得的格陵蘭島南部4個(gè)站點(diǎn)形變線性速率(加以GPS觀測(cè)與GRACE質(zhì)量變化恢復(fù)結(jié)果約束)109
表9.4三個(gè)方向主要分量的貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率130
表9.5測(cè)站周期信號(hào)及幅度133
表10.1STRF線性解和非線性解的平移參數(shù)和尺度因子WRMS值的變化情況141
表10.2非線性綜合地球參考架(STRF)中GNSS技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度結(jié)果統(tǒng)計(jì)142
表10.3非線性綜合地球參考架(STRF)中VLBI技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度結(jié)果統(tǒng)計(jì)142
表10.4非線性綜合地球參考架(STRF)中SLR技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度結(jié)果統(tǒng)計(jì)142
表10.5非線性綜合地球參考架(STRF)中DORIS技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度結(jié)果統(tǒng)計(jì)143
表10.6STRF綜合線性/非線性EOP產(chǎn)品分別與IERS14C04進(jìn)行比較的WRMS變化情況146
表10.7STRF非線性綜合EOP和JPLEOP分別與IERS14C04做差統(tǒng)計(jì)的WRMS.147
表11.1幾種極移預(yù)報(bào)算法精度情況匯總153
表11.2幾種UT1.UTC預(yù)報(bào)算法精度情況匯總154
表11.3LOD預(yù)報(bào)算法精度匯總154
表11.4EOP預(yù)報(bào)不同弧長(zhǎng)精度情況155
表11.5EOP預(yù)報(bào)不同弧長(zhǎng)結(jié)果與IERSC04最大最小差值情況157
表11.6“LS+AR”和“LS+AR+Kalman”算法短期EOP預(yù)報(bào)精度(MAE)對(duì)比158
表11.7極移預(yù)報(bào)均方誤差(RMSE)統(tǒng)計(jì)159
表12.1上海—烏魯木齊單基線UT1解算精度166
表12.2多基線ERP解算精度167
表12.3 2001年9月1日～10月30日SLR區(qū)域網(wǎng)測(cè)定地球定向參數(shù)精度比較(5天一組)168
表12.4 2012年20～26天各天陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)確定地球自轉(zhuǎn)參數(shù)精度結(jié)果169
表12.5CERSEOP精度情況172
圖目錄
圖1.1各空間技術(shù)測(cè)站網(wǎng)分布情況6
圖1.2各技術(shù)綜合極移結(jié)果精度隨時(shí)間變化情況8
圖2.1地球參考系與地球參考架的關(guān)系10
圖4.1SLR技術(shù)內(nèi)綜合周解(藍(lán))及引入最小約束解(紅)相對(duì)于ITRF2014的旋轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)間序列29
圖4.2SLR技術(shù)內(nèi)綜合周解(藍(lán))及引入最小約束解(紅)相對(duì)于ITRF2014的平移參數(shù)時(shí)間序列30
圖4.3SLR技術(shù)各個(gè)測(cè)站參與的技術(shù)內(nèi)綜合SINEX解的次數(shù)統(tǒng)計(jì)34
圖4.4GNSS全球測(cè)站網(wǎng)的分類和相互關(guān)系35
圖4.5GNSS技術(shù)各個(gè)測(cè)站參與技術(shù)內(nèi)綜合SINEX解的次數(shù)統(tǒng)計(jì)36
圖4.6DORIS技術(shù)各個(gè)測(cè)站參與技術(shù)內(nèi)綜合SINEX解的次數(shù)統(tǒng)計(jì)37
圖4.7VLBI技術(shù)內(nèi)綜合時(shí)多家分析中心的加權(quán)因子序列圖：(a)IAA和AUS兩家機(jī)構(gòu)也參與；(b)排除IAA和AUS兩家機(jī)構(gòu)后的正式解算結(jié)果(B.ckmann et al.,2010b)38
圖4.8SLR/GNSS/DORIS三種技術(shù)內(nèi)綜合周解相對(duì)于ITRF2014的x方向平移參數(shù)時(shí)間序列39
圖4.9SLR/GNSS/DORIS三種技術(shù)內(nèi)的綜合周解相對(duì)于ITRF2014的y方向平移參數(shù)時(shí)間序列40
圖4.10SLR/GNSS/DORIS三種技術(shù)內(nèi)的綜合周解相對(duì)于ITRF2014的z方向平移參數(shù)時(shí)間序列40
圖4.11四種空間大地測(cè)量技術(shù)內(nèi)綜合周(日)解相對(duì)于ITRF2014的尺度參數(shù)時(shí)間序列41
圖4.12(a)SLR、(b)GNSS、(c)VLBI及(d)DORIS四種技術(shù)的技術(shù)內(nèi)綜合周(日)解相對(duì)于ITRF2014的殘差RMS統(tǒng)計(jì)時(shí)間序列(紅：周解內(nèi)所有測(cè)站統(tǒng)計(jì)RMS；藍(lán)：僅統(tǒng)計(jì)核心站RMS)41
圖5.1多種技術(shù)綜合地球參考架及EOP的主要功能模塊和綜合流程圖44
圖5.2(a)SLR、(b)GNSS和(c)DORIS三種技術(shù)的技術(shù)內(nèi)綜合周解中參與當(dāng)次周解解算的測(cè)站數(shù)量統(tǒng)計(jì)時(shí)間序列53
圖5.3AZCN站殘差序列圖(未引入跳變出現(xiàn)分段線性項(xiàng))59
圖5.4AZCN站引入跳變后的殘差序列圖60
圖6.1GNSS、SLR、VLBI及DORIS測(cè)站全球分布圖66
圖6.2SLR技術(shù)TRF周解相對(duì)于SOL-2綜合解的平移參數(shù)時(shí)間序列68
圖6.3SLR周解和VLBI24小時(shí)觀測(cè)日解相對(duì)于SOL-2綜合解的尺度因子的時(shí)間序列69
圖6.4上海天文臺(tái)利用GNSS、SLR、VLBI、DORIS四種技術(shù)確定的地球參考架綜合解SOL-2中的站坐標(biāo)和速度與ITRF2014的較差分布圖71
圖6.5形式精度優(yōu)于0.3mm/a的測(cè)站水平方向速度場(chǎng)72
圖6.6形式精度優(yōu)于0.3mm/a的測(cè)站高程方向速度場(chǎng)72
圖6.7綜合解SOL-1中SLR、GNSS、VLBI、DORIS四種技術(shù)的測(cè)站坐標(biāo)相對(duì)于ITRF2008的三維殘差與測(cè)站參與的年平均周(日)解數(shù)的關(guān)系73
圖6.87825、ALBH、7242、ADEA等測(cè)站的殘差時(shí)間序列圖74
圖7.1四種技術(shù)參與EOP綜合解算的時(shí)間節(jié)點(diǎn)76
圖7.2綜合解SOL-1和SOL-2中的極移x和y分量、LOD、UT1UTC與IERS08C04的較差時(shí)間序列77
圖7.3SLR、VLBI、GNSS、DORIS四種單技術(shù)地球參考架長(zhǎng)期解下的極移x分量與IERSEOPC04較差時(shí)間序列79
圖7.4SLR、VLBI、GNSS、DORIS四種單技術(shù)地球參考架長(zhǎng)期解下的極移y分量與IERSEOPC04較差時(shí)間序列79
圖7.5SLR、VLBI、GNSS三種單技術(shù)地球參考架長(zhǎng)期解下的LOD參數(shù)與IERS08C04較差時(shí)間序列80
圖7.6(a)某參數(shù)及(b)其一階導(dǎo)數(shù)時(shí)間序列圖82
圖7.7等間隔的極移x分量綜合解標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與IERSEOP08C04較差序列及標(biāo)準(zhǔn)差序列89
圖7.8等間隔的極移y分量綜合解標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與IERSEOP08C04較差序列及標(biāo)準(zhǔn)差序列89
圖7.9等間隔的UT1.UTC綜合解標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與EOP08C04較差序列及標(biāo)準(zhǔn)差序列90
圖7.10等間隔的LOD綜合解標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品與EOP08C04較差序列及標(biāo)準(zhǔn)差序列90
圖8.1測(cè)站7124(SLR)坐標(biāo)時(shí)間序列粗差探測(cè)結(jié)果96
圖8.2引入未標(biāo)注跳變前后的STRF地球參考架中NSSS測(cè)站坐標(biāo)殘差時(shí)間序列97
圖8.3引入未標(biāo)注跳變前后的STRF地球參考架中IENG測(cè)站坐標(biāo)殘差時(shí)間序列98
圖8.4引入未標(biāo)注跳變前后的STRF地球參考架中KATZ測(cè)站坐標(biāo)殘差時(shí)間序列98
圖8.5兩組解SOL-A和SOL-B中未標(biāo)注跳變測(cè)站的站坐標(biāo)殘差RMS值比較99
圖8.6SOL-A和SOL-B中EOP極移x分量和y分量、LOD、UT1UTC與IERS08C04做差時(shí)間序列比較100
圖9.1所選取的歐洲區(qū)域8個(gè)代表性站點(diǎn)的GPS序列和經(jīng)過(guò)網(wǎng)格因子恢復(fù)后的GRACE形變反演序列的比較105
圖9.2歐洲區(qū)域GRACE衛(wèi)星時(shí)變重力觀測(cè)反演的地表負(fù)荷形變分別在信號(hào)恢復(fù)改正前后與GPS站點(diǎn)形變觀測(cè)的比較分析(共36個(gè)站點(diǎn))107
圖9.3格陵蘭島4個(gè)站點(diǎn)地表形變時(shí)間序列與衛(wèi)星重力反演結(jié)果在年際變化及長(zhǎng)期趨勢(shì)信號(hào)方面的比較分析108
圖9.4KATZ測(cè)站坐標(biāo)殘差時(shí)間序列(豎實(shí)線為未被標(biāo)注的跳變時(shí)刻)120
圖9.5KUNM測(cè)站坐標(biāo)時(shí)間序列及其頻譜分析結(jié)果120
圖9.6奇異譜分析和最小二乘擬合兩種方法對(duì)CHUM測(cè)站坐標(biāo)時(shí)間序列周期項(xiàng)的擬合結(jié)果比較121
圖9.7AZCN站坐標(biāo)殘差序列圖(去除跳變和趨勢(shì)項(xiàng)前后的分段線性項(xiàng))128
圖9.8CHPI去除趨勢(shì)項(xiàng)前后測(cè)站序列128
圖9.9BJFS去除跳變前后測(cè)站序列圖129
圖9.10E、N、U三個(gè)方向主成分累積貢獻(xiàn)率130
圖9.11測(cè)站時(shí)間序列主成分分析后E方向的主要分量131
圖9.12測(cè)站時(shí)間序列主成分分析后N方向的主要分量132
圖9.13測(cè)站時(shí)間序列主成分分析后U方向的主要分量133
圖9.14最小二乘方法擬合周期項(xiàng)134
圖9.15奇異譜分析方法變振幅擬合周期項(xiàng)135
圖10.1(a)BJFS站和(b)CHUM站U方向周期項(xiàng)擬合結(jié)果138
圖10.2SLR技術(shù)地球參考架周解相比于線性/非線性綜合解的平移參數(shù)時(shí)間序列140
圖10.3SLR周解和VLBI(日)解相比于STRF線性/非線性綜合解的尺度因子時(shí)間序列141
圖10.4線性/非線性綜合地球參考架(STRF)中GNSS技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度比較分布圖143
圖10.5線性/非線性綜合地球參考架(STRF)中VLBI技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度比較分布圖144
圖10.6線性/非線性綜合地球參考架(STRF)中SLR技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度比較分布圖144
圖10.7線性/非線性綜合地球參考架(STRF)中DORIS技術(shù)測(cè)站坐標(biāo)和速度(與ITRF2014結(jié)果比較)精度比較分布圖145
圖10.8STRF綜合線性/非線性EOP產(chǎn)品分別與IERS14C04做差比較的時(shí)間序列146
圖10.9STRF非線性EOP與JPLEOP分別與IERS14C04做差比較的時(shí)間序列147
圖11.1EOP激發(fā)機(jī)制多樣復(fù)雜150
圖11.2“LS+AR”模型極移預(yù)測(cè)流程圖152
圖11.3預(yù)報(bào)5天誤差分布圖156
圖11.4預(yù)報(bào)30天誤差分布圖156
圖11.5預(yù)報(bào)60天誤差分布圖157
圖11.6直接預(yù)報(bào)模式與差分預(yù)報(bào)模式短期預(yù)報(bào)精度RMSE對(duì)比159
圖12.1選取的27個(gè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)169
圖12.22012年20～26天陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)確定的(a)極移和(b)LOD精度結(jié)果169
圖12.3中國(guó)EOP服務(wù)原型系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)170
圖12.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與技術(shù)途徑171
圖12.5數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與技術(shù)途徑171
圖12.6結(jié)果發(fā)布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與技術(shù)途徑172