基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置，所述方法包括：组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果；基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权，并根据定权结果重新对地心运动进行解算，获得地心运动时间序列；基于奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项。本发明专利技术实施例通过综合处理GNSS周解和SLR周解，解算精度高，可为毫米级国际地球参考框架的建立和地球物理学的研究提供依据。

Geocentric Motion Solution Method and Device Based on GNSS and SLR Peripheral Solutions

The embodiment of the present invention provides a method and device for calculating geocentric motion based on GNSS and SLR solutions. The method includes: combining the coordinates of GNSS and SLR stations, taking the position coordinates of the GNSS and SLR stations as the reference under the international earth reference frame, solving the geocentric motion by seven-parameter transformation, and obtaining the initial solution of geocentric motion. Results: Based on the initial results of the geocentric motion, the GNSS and SLR stations are weighted by variance component estimation method, and the geocentric motion time series are obtained by resolving the geocentric motion according to the weighting results. The annual and trend items of the geocentric motion time series are extracted based on the singular spectrum analysis method. The embodiment of the invention has high precision by synthetically processing GNSS and SLR solutions, and can provide basis for the establishment of millimeter-scale International Geophysical reference frame and the study of geophysics.

【技术实现步骤摘要】
基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置
本专利技术实施例涉及大地测量
，更具体地，涉及基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置。
技术介绍
地球参考框架是表达地球空间信息及描述地球形状的基础，根据国际地球自转与参考系服务公布的技术规范，国际地球参考框架的原点是包括固体地球的质量、海洋和大气在内的整个地球的质量中心(CM)。而国际地球参考框架的原点仅在长时间尺度上表现为整个地球的质量中心，在短时间尺度上，国际地球参考框架的原点更接近于固体地球表面的形状中心。地球系统的质量重新分布导致国际地球参考框架的原点相对于地球质量中心存在运动，称之为地心运动。地心运动与地球参考框架原点的实现直接相关，并且已经成为实现毫米级精度的地球参考框架的主要误差源。由于IGS(InternationalGPSService)站在全球分布广泛、坐标时间序列也相对较长且精度越来越高，国内外许多学者利用GPS数据研究地心运动，根据GPS跟踪网的站点位移推导出的年地心解算结果。但是GPS本身存在相位中心偏差、对地心灵敏度不高、观测量不是直接相对于卫星的绝对距离量、自带噪声特征等问题，导致基于GPS数据监测地心运动误差较大且不太稳定。实现国际地球参考框架的空间技术中，SLR(SatelliteLaserRanging，卫星激光测距)技术是基于卫星观测、根据卫星动力学轨道实现地球参考系，由于卫星轨道对地球引力场变化十分敏感，具有较高的精度，但是SLR测站存在数量少，坐标时间序列短等问题。因此，为了解决现有技术存在的地心运动解算误差较大、不稳定的问题，亟需提供一种能够精确解算地心运动的方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法，包括:组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果；基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权，并根据定权结果重新对地心运动进行解算，获得地心运动时间序列；采用奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算装置，包括：初始解算模块，用于组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果；定权模块，用于基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权，并根据定权结果重新对地心运动进行解算，获得地心运动时间序列；周年项提取模块，用于采用奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法的步骤。本专利技术实施例提供的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法及装置，通过综合处理GNSS周解和SLR周解，探求GNSS和SLR两种空间测量技术间的系统偏差，构建合理的地心运动求定权值，解算地心运动时间序列，采用奇异谱分析法提取地心运动的周年项，探求地心运动规律，解算精度高，可为毫米级国际地球参考框架的建立和地球物理学的研究提供依据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的电子设备的实体结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。地心运动的精确求定对于构建精细的误差改正模型、实现站点位置的精确表达以及构建毫米级地球参考框架具有重要的理论价值和实际意义。为了克服现有技术存在的地心运动解算结果精度不高、误差大、不稳定的问提，本专利技术实施例提供基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法和装置。图1为本专利技术实施例提供的基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法的流程示意图，如图所示，该方法包括：步骤10、组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果。具体地，全球卫星导航系统进入多系统联合定位时代，GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球卫星导航系统)技术和SLR(SatelliteLaserRanging，卫星激光测距)技术是全球存在的并置观测站最多的两种技术，这两种技术也是确定地球参考框架的重要技术。其中，GNSS系统测站分布最为广泛且密集，但是观测精度低，SLR系统观测精度高，但是测站少，因此，本专利技术实施例组合利用GNSS测站的周解坐标和SLR测站的周解坐标来对地心运动进行解算，既克服了单纯使用GNSS测站数据定位精度不够高的缺陷，也克服了SLR测站可使用数据较少的缺陷，在保证了测站数据充足的同时也可以保证测站数据具有较高的精度。周解坐标是指利用测站连续一周的观测值计算获得的测站的位置坐标，GNSS系统和SLR系统实现的地球参考系原点为地球的质量中心。在一个实施例中，GNSS测站周解坐标和SLR测站周解坐标均可以从IGS官网下载获得。所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架(Internationalterrestrialreferenceframe，ITRF)下的位置坐标可以在ITRF官网直接获得，在一个实施例中，以ITRF2014为基准。七参数转换求解未知参数法用于空间直角坐标系的转换，具有较高的精度。将地心运动导致的各测站的位置坐标变化用两个空间直角坐标系间的转换来进行表示，由于两个直角坐标系的原点不一样，相应的坐标轴相互不平行，坐标轴直接除了发生x,y,z轴的平移变化外，还发生了x,y,z轴的旋转变化，又考虑到两个坐标系之间的尺度可能不一致，还需设置一个尺度参数，因此，总共有七个参数。其中，x,y,z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法，其特征在于，包括：组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果；基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权，并根据定权结果重新对地心运动进行解算，获得地心运动时间序列；基于奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项。

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS和SLR周解的地心运动解算方法，其特征在于，包括：组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果；基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权，并根据定权结果重新对地心运动进行解算，获得地心运动时间序列；基于奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用奇异谱分析法提取所述地心运动解算结果的周年项和趋势项的步骤之后，还包括：利用所述地心运动时间序列的周年项训练三层BP神经网络，获得地心运动预测模型；基于所述地心运动预测模型对地心运动的周年项进行预测，获得地心运动的周年项预测结果；若判断所述地心运动时间序列的周年项与所述地心运动的周年项预测结果之间的误差小于预设阈值，则获知所述地心运动预测模型是有效的。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标，以所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标为参考，采用七参数转换求解未知参数法解算地心运动，获得地心运动的初始解算结果的步骤，具体为：确定七参数基本公式，将所述七参数基本公式转换为误差方程；利用最小二乘法求解所述误差方程，获得地心运动的解算公式；组合利用GNSS测站和SLR测站的周解坐标以及所述GNSS测站和SLR测站在国际地球参考框架下的位置坐标，根据所述地心运动的解算公式，获得地心运动的初始解算结果。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述地心运动的初始解算结果，采用方差分量估计法对所述GNSS测站和SLR测站进行定权的步骤，具体为：基于所述地心运动的初始解算结果和误差方程，分别计算GNSS测站的周解误差和SLR测站的周解误差；计算GNSS测站周解和SLR测站周解的Helmert方差分量估计公式中的S矩阵；根据所述S矩阵、GNSS测站的周解误差和SLR测站的周解误差，计算SLR测站周解的权值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于奇异谱分析法提取所述地心运动时间序列的周年项和趋势项的步骤，具体为：确定嵌入维数和重构阶次，根据所述嵌入维数和所述地心运动时间序列构造轨迹矩阵；利用所述轨迹矩阵获得一个新的矩阵，对所述新的矩阵进行奇异值分解，将分解得到的奇异值进行降序排列，获得所述地心运动时间序列的奇异谱；基于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天明，赵春梅，何正斌，乔灵娜，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11