CGCS2000參考框架維持、更新理論與方法研究

蔣志浩

1. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830

全球坐標(biāo)參考框架是發(fā)展全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最具重要性的基礎(chǔ)設(shè)施之一，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)全球化應(yīng)用，對CGCS2000參考框架維持、更新理論與方法提出了新需要。在動態(tài)地球的客觀環(huán)境中維持我國地心坐標(biāo)參考框架精確性、動態(tài)性、穩(wěn)定性是我國現(xiàn)代時(shí)空基準(zhǔn)體系建設(shè)的重要組成部分，也是我國社會發(fā)展、生態(tài)文明、智慧社會和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

論文以計(jì)算獲取的高精度CORS網(wǎng)和大規(guī)模GNSS網(wǎng)成果為基礎(chǔ)，以我國自主CGCS2000坐標(biāo)參考框架的精確性實(shí)現(xiàn)、動態(tài)性分析、穩(wěn)定性維持為主線，以CGCS2000坐標(biāo)參考框架維持和更新中的關(guān)鍵技術(shù)研究為重點(diǎn)，構(gòu)建了一套完整的理論體系和有效實(shí)現(xiàn)方法。論文主要內(nèi)容如下：

(1) 對國家CORS網(wǎng)1999年—2016年的連續(xù)觀測成果和大規(guī)模GNSS網(wǎng)1999年—2013年多期數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理，獲取了精度高(坐標(biāo)分量精度優(yōu)于±5 mm，速度場精度優(yōu)于±2 mm/a)，范圍廣(覆蓋了中國大陸)，觀測點(diǎn)數(shù)多(1720點(diǎn))的CGCS2000坐標(biāo)參考框架成果。

(2) 研究了CGCS2000坐標(biāo)參考框架與國際地球參考框架的有效連接問題，提出了全球和區(qū)域坐標(biāo)參考框架站選取原則，采用七參數(shù)法、監(jiān)督分類和分級柵格化方法，對全球框架站點(diǎn)選取進(jìn)行合理、嚴(yán)密的分析，為CGCS2000坐標(biāo)參考框架全球化奠定基礎(chǔ)。

(3) 研究采用負(fù)荷格林函數(shù)方法定量分析了由質(zhì)量負(fù)荷效應(yīng)造成的地殼非構(gòu)造形變，利用衛(wèi)星對地觀測數(shù)據(jù)及相關(guān)地球物理模型，修正了非構(gòu)造形變對國家CORS站坐標(biāo)時(shí)間序列的影響。利用主成分空間濾波算法(PCA)提取經(jīng)質(zhì)量負(fù)荷改正后的CGCS2000坐標(biāo)參考框架公共誤差(common mode errors , CME)，研究其時(shí)空特性。定量分析了非構(gòu)造形變對CGCS2000坐標(biāo)參考框架點(diǎn)影響，構(gòu)建了中國大陸非線性運(yùn)動參考框架。

(4) 首次將有色噪聲的理論引入了我國CORS站速度估值和實(shí)際精度評估中。采用最大似然法定量估計(jì)了坐標(biāo)時(shí)間序列中有色噪聲，采用加權(quán)最小二乘法處理得到了顧及多種噪聲影響的CGCS2000坐標(biāo)參考框架站速度估值和實(shí)際精度。

(5) 研究了構(gòu)建全球CGCS2000坐標(biāo)參考框架的數(shù)學(xué)模型，證明了二步法和一步法數(shù)學(xué)模型在一定條件下等價(jià)。研究結(jié)果可完善我國坐標(biāo)框架構(gòu)建的基礎(chǔ)理論體系，對CGCS2000框架的全球化實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)方法。

(6) 研究分析了內(nèi)部約束理論，以框架轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率變化量最小為標(biāo)準(zhǔn)重新定義框架轉(zhuǎn)換約束條件，使經(jīng)過坐標(biāo)相似變化得到的最優(yōu)網(wǎng)形和初始網(wǎng)形擬合度達(dá)到最高，保證了不同觀測技術(shù)參考框架的內(nèi)在純粹性，可充分發(fā)揮不同觀測技術(shù)優(yōu)勢。