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基于VLBI资料的地球定向参数高频变化研究

作　者: 张波
导　师: 李金岭
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 天体测量与天体力学
关键词: VLBI 地球定向参数高频变化 CALC/SOLVE 资料处理
分类号: P122
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 215次
引　用: 4次
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内容摘要

地球定向参数(EOP)是实现天球参考架与地球参考架相互转换的参数，本文在EOP高频变化的VLBI资料检测方法、实测资料归算和海潮激发方面进行了有益的尝试。主要工作与结论如下： (1) 对地球定向参数高频变化的研究现状进行了调研，包括基于VLBI和GPS实测资料对EOP高频变化的测定以及对高频变化的机理解释等内容。主要结论为，虽然关于周日和亚周日地球自转高频变化的研究取得了较大进展，但也仍然存在很多亟待进一步分析的问题。例如，不同作者基于实测资料得到的EOP高频变化潮汐项估值存在差异的原因是什么，如何从实测资料中得到更为可靠的EOP高频变化解算序列，岁差章动模型的缺陷对求解EOP高频变化有何影响等等。对EOP高频变化的求解和机理解释仍需要进一步深化。 (2) 在CALC／SOVLE软件系统的相关分析和模型改进方面进行了以下4个方面的工作。 (a) 介绍了稀疏矩阵的四种常见形式以及稀疏矩阵技术在天测与测地VLBI数据处理中的应用。推演了天测与测地VLBI数据综合解算中所用稀疏矩阵形式下待估参数求解和协方差矩阵估算的算法。通过对是否采用稀疏矩阵技术时方程求解(乘法和加法)运算对数的估算和比较，表明普通最小二乘方法的运算对数约为参数总数的3次方，而采用稀疏矩阵技术时的运算对数近似与参数总数成线性关系，从而能够在现代空间大地测量技术的大样本数据处理中显著缩短计算时间、降低资源需求。 (b) 对上海佘山站参与的天测与测地VLBI实验抽样选取27次，分别进行了单次解算。分析了解算参数随剩余钟行为和大气效应分段拟合长度的变化，结果表明，选取不同分段拟合长度时，站坐标解算结果和时延残差加权均方根存在差异，最大分别至厘米级和数十皮秒，因而分段拟合长度不是随意选取的。分段拟合时段长度不宜过长，否则钟和大气剩余效应的短周期变化不能被很好地模型化。同时，为了保证待估参数解算时有足够的自由度，拟合时段不宜过短，否则将导致法方程近于或出现奇异，也达不到较好控制噪声的效果。因而分段拟合长度存在某一合理取值范围。由于各次实验以及同一次实验中的不同台站其钟和大气条件各异，因而有必要对每次实验以及每次实验中的各观测台站分别分析寻找合适的分段拟合长度。这在实际操作中显然是相当烦琐的工作。一般而言，在剩余钟行为拟合长度(CALC／SOLVE)缺省值60min情况下，剩余大气效应分段拟合长度介于10min至40min为宜，在剩余大气效应分段拟合长度缺省值20min情况下，剩余钟行为分段拟合长度介于20min至100min为宜。 (c) 上海天文台运用CALC／SOLVE系统进行全球全时段天测与测地VLBI观测资料综合归算工作，前后已持续10余年的时间。其天球参考架、地固参考架和地球定向参数序列归算结果，曾多次被IERS、IVS等相关国际学术组织采纳为综合结果的输入解，特别是2000年的地固参考

全文目录

致谢  2-5
摘要  5-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-15
  §1.1 地球定向参数  12
  §1.2 研究地球定向参数高频变化的目的和意义  12-13
  §1.3 本文工作和内容安排  13-15
第二章地球定向参数高频变化研究进展  15-29
  §2.1 基于实测资料的EOP周日和亚周日变化  15-23
    §2.1.1 基于VLBI资料的极移和日长高频变化  15-18
    §2.1.2 基于GPS资料的极移和日长高频变化  18-23
  §2.2 短周期章动  23-24
  §2.3 地球自转高频变化的解释  24-29
    §2.3.1 地球动力学过程对PM和UT1在潮汐频域的影响  24-25
    §2.3.2 地震对LOD的可能影响  25-26
    §2.3.3 地球自转高频变化的大气激发  26-29
第三章 CALC／SOVLE软件系统的分析与改进  29-61
  §3.1 稀疏矩阵技术及其在VLBI数据处理中的应用  31-41
    §3.1.1 引言  31-32
    §3.1.2 VLBI数据处理中稀疏矩阵的基本形式  32
    §3.1.3 关于B_1B_3D形式的参数求解与协方差矩阵算法  32-36
      §3.1.3.1 组建法方程  33-34
      §3.1.3.2 矩阵变换  34-35
      §3.1.3.3 求解参数  35
      §3.1.3.4 协方差矩阵的计算  35-36
    §3.1.4 稀疏矩阵算法的功效  36-37
    §3.1.5 稀疏矩阵技术在VLBI数据处理中的应用  37-41
  §3.2 VLBI数据处理中的剩余钟行为与剩余大气效应建模  41-47
    §3.2.1 引言  41-42
    §3.2.2 资料与软件  42
    §3.2.3 结果与讨论  42-47
  §3.3 VLBI资料处理软件系统CALC／SOLVE中的USER_PARTIAL功能  47-51
    §3.3.1 引言  47
    §3.3.2 用户偏导功能的实现  47-48
    §3.3.3 用户偏导功能的应用实例  48-51
  §3.4 天测与测地VLBI资料处理中的剩余钟行为建模  51-61
    §3.4.1 引言  51
    §3.4.2 连续分段线性拟合模型  51-52
    §3.4.3 周期函数拟合与模拟数据检验  52-56
      §3.4.3.1 含高频信号的模拟数据检验  52-54
      §3.4.3.2 宽频带噪声模拟数据的检验  54-56
    §3.4.4 观测资料检验  56-59
      §3.4.4.1 观测资料与解算软件  56
      §3.4.4.2 解算结果与分析  56-59
        §3.4.4.2.1 台站坐标解算精度的比较  56-58
        §3.4.4.2.2 射电源坐标解算精度的比较  58
        §3.4.4.2.3 EOP解算精度的比较  58-59
    §3.4.5 结束语  59-61
第四章基于VLBI资料的EOP高频变化求解与分析  61-95
  §4.1 基于VLBI资料的EOP高频变化求解  61-83
    §4.1.1 EOP高频变化单次解算与分析  61-67
    §4.1.2 岁差章动模型偏差对EOP解算结果的影响  67-71
    §4.1.3 EOP高频变化综合解算与分析  71-83
  §4.2 基于VLBI资料的EOP高频变化分析  83-95
    §4.2.1 分析工具  83-86
      §4.2.1.1 非等间距时间序列谱分析  83-84
      §4.2.1.2 小波分析  84-86
    §4.2.2 EOP高频变化分析与讨论  86-95
第五章总结与展望  95-98
  §5.1 本文主要工作  95-97
  §5.2 对后续研究工作的初步思考  97-98
参考文献  98-102
附录一基于VLBI全球解的板块固定台站统计选取方法  102-112
附录二星模拟器软件研发技术报告  112-120
附录三读博期间发表文章目录  120-121
附录四作者简历  121

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