坐标框架非线性多通道奇异谱分析建模研究

摘要

随着空间大地测量技术（如VLBI、SLR、LLR、和DORIS等）的迅速发展，人们对坐标框架精度的要求越来越高。目前国际上公认精度最高的、影响最大的是由国际地球自转服务（International Earth Rotation Service，以下简称IERS）负责建立和维持的国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame，以下简称ITRF）。ITRF是由一组具体的地球参考框架站点（基准站）组成，受各种地球物理因素的影响，实际上，各基准站点的非线性趋势也比较明显，而现今已正式发布使用的ITRF给出的速度场矢量都是基于线性的，这也导致最终的框架站点精度仅限于厘米级，制约着一个毫米级的框架维护的精度。同时，目前框架站点的运动的周期特性明显，尤其是高程方向，而这些周期特性建模大多是在事先假设好的模型基础上进行研究的，拟合模型的周期函数通常采用精确的年或半年周期，然而站点表现的实际周期特性并不一定是严格的年或半年周期，这与实际框架站点的周期特性存在一定的差异，模型的精确性值得商榷。本文采用自适应框架站点分析模型多通道奇异谱分析（Multi-channel Singular Spectrum Analysis,以下简称MSSA）用于框架站点动态特性分析。
　　本文所做的工作主要包括：
　　1）因奇异谱分析是建立在时序数据无间断的基础上，所以在建模之前必须对数据进行预处理，本文采用了稳健估计粗差探测的四分位间距（Inter-Quartile Range，以下简称IQR）准则完成粗差的识别，同时基于奇异谱迭代思想，提出了奇异谱迭代的区间四分法的插值方法，该方法不仅解决了插值精度问题，同时也提高插值效率。
　　2）采用了MSSA对ITRF2005站点坐标的动态特性进行了分析，完成了ITRF2005框架下多通道奇异谱分析建模。有效提取了框架站点的趋势成分、非线性趋势成分及周期成分，分析了非线性趋势成分所在框架站点信息成分的比重。
　　3）本文总结了影响高精度框架稳定性的因素来源，计算了该四个测站受海潮负荷影响的情况，得出有益的结论，对现有框架维持方法的精度都具有重要的意义。
　　4）为了显示出MSSA的自适应性特点在时序分析中有着独特的优势特性，本文也采用了传统模型公式的最小二乘拟合方法对框架站点进行分析，用实例分析验证MSSA方法信噪分离结果优于传统模型。

目录

声明

1绪论

1.2 国内外研究动态

1.3 本文的主要工作

2 地心坐标参考框架及影响框架高精度维持因素分析

2.1 国际地球参考框架(ITRF)

2.2 WGS-84参考框架

2.3 IGS参考框架

2.4 CGCS2000参考框架

2.5 影响框架高精度维持因素分析

2.6 本章小结

3 框架站点坐标时间序列的数据预处理

3.1 粗差剔除准则

3.2缺失值插补方法

3.3 本章小结

4 多通道奇异谱分析原理与方法

4.1多通道奇异谱分解基本原理

4.2 Kendall非参检验趋势项识别方法

4.3 MSSA谱性质

4.5 传统模型公式最小二乘拟合法

4.6 本章小结

5 基于MSSA的ITRF框架点动态特性分析

5.1基于模拟数据的MSSA信噪分离方法验证

5.2 基于实测ITRF2005框架站点坐标时间序列分析

5.3 本章小结

6总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果

致谢