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CGCS2000参考框架维持、更新理论与方法研究

蒋志浩  
【摘要】:高精度地心坐标参考框架建立、维持与更新是国际上的热点问题,近年来许多国家都实施了坐标参考框架现代化工作。我国于2008年7月1日启用了 2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,简称 CGCS 2000)及其坐标参考框架,随着我国经济建设、社会发展、国防建设、科学研究的持续发展和中国北斗卫星导航定位系统(BDS)全球化应用,我国对CGCS2000参考框架的精确性、稳定性以及全球化提出了新需求。论文以计算获取的高精度CORS网和大规模GNSS网成果为基础,以我国自主CGCS2000坐标参考框架的精确性实现、动态性分析、稳定性维持为主线,以CGCS2000坐标参考框架维持和更新中的关键技术研究为重点,构建了一套完整的理论体系和有效实现方法。论文主要贡献和研究成果如下:1)对国家CORS网1999年至2016年的连续观测成果和大规模GNSS网1999年至2013年多期数据进行精细处理,获取了精度高(坐标分量精度优于5mm,速度场精度优于2mm/a),范围广(覆盖了中国大陆),观测点数多(1720点)的CGCS2000坐标参考框架成果。2)研究了 CGCS2000坐标参考框架与国际地球参考框架的有效连接问题,提出了全球和区域坐标参考框架站选取原则,采用七参数法、监督分类和分级栅格化方法,对全球框架站点选取进行合理、严密的分析,为CGCS2000坐标参考框架全球化奠定基础。3)研究了中国大陆现今地壳运动速度场构建方法,采用有限元方法构建了CGCS2000坐标参考框架下的我国大陆高时空分辨率水平速度场模型,建立了我国区域地壳垂向运动速度场,进一步研究了我国区域板块运动特征。4)研究采用负荷格林函数方法定量分析了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变,利用卫星对地观测数据及相关地球物理模型,修正了非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响。利用主成分空间滤波算法(PCA)提取经质量负荷改正后的CGCS2000坐标参考框架公共误差(Common Mode Errors,CME),研究其时空特性。定量分析了非构造形变对CGCS2000坐标参考框架点影响,构建了中国大陆非线性运动参考框架。5)利用功率谱分析、小波分析和噪声分析等方法对CGCS2000坐标参考框架的稳定性进行分析,对坐标时间序列的噪声特征进行了研究,证明白噪声、闪烁噪声和随机漫步噪声组合是国家CORS站坐标时间序列的基本噪声特性。6)首次将有色噪声的理论引入了我国CORS站速度估值和实际精度评估中。采用最大似然法定量估计了坐标时间序列中有色噪声,采用加权最小二乘法处理得到了顾及多种噪声影响的CGCS2000坐标参考框架站速度估值和实际精度。7)研究了构建全球CGCS2000坐标参考框架的数学模型,证明了二步法和一步法数学模型在一定条件下等价。研究结果可完善我国坐标框架构建的基础理论体系,对CGCS2000框架的全球化实现提供科学方法。8)研究分析了内部约束理论,以框架转换参数及其速率变化量最小为标准重新定义框架转换约束条件,使经过坐标相似变化得到的最优网形和初始网形拟合度达到最高,保证了不同观测技术参考框架的内在纯粹性,可充分发挥不同观测技术优势。


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