基于GNSS观测数据的高时间分辨率地球自转参数测定理论与方法研究

The earth rotation paramters (ERP) have rapid variations in a short time due to the excitations of atmospheric angular momentum, earthquake and tsunami. However, the current temporal resolution of ERP can not present these variations. How to obtain sub-daily or more high-frequency ERP is a critical problem. A challenging research of high-frequency ERP determination based on Multi-GNSS observations is proposed in this project. The main contents include: (1) analysis of physical excitation mechanism and extracting the primary frequency, determination of the optimal ERP solution interval and observation arc length; (2) construction of boundary continuity conditions based on the time-variation characteristic, obtaining the continuous and consistent results of multi-period ERP solution using the Bayesian estimation based on priori information parameters; (3) creation of the constraint equations according to polar motion physical characteristic, developing a method of restraining the high-frequency PM degradation; (4) study of the effect of different satellites and stations distribution for ERP determination, bring out an new solution strategy of high-frequency ERP based on the optimal stations and satellites integrated mode. The project fruits not only can provide theoretical and technical support for high-precise high-frequency ERP determination, but also can provide more beneficial data for geophysical model refinement and geodynamic mechanisms research.

地球自转参数（ERP）因受各种突发因素影响，短时间内会发生快速变化，其变化量可达分米级，而现有天分辨率的ERP参数很难反映这些高频变化信息，因此提高ERP的时间分辨率成为了一个亟待解决的关键问题。对此本项目提出开展基于GNSS数据的高时间分辨率ERP测定研究，旨在实现亚天尺度或更高时间分辨率的ERP精确测定。研究内容包括：①分析引起ERP高频变化的主要物理激发源频率，通过显著性检验，解决高频ERP的最优解算时间间隔和观测弧长选取问题；②利用ERP时变特性和基于参数先验信息的贝叶斯估计方法，解决多时段高频ERP解算结果不连续问题；③利用极移运动物理特性构造合理的约束条件，解决高频极移参数的退化问题；④分析不同卫星分布和测站分布对ERP测定的影响，建立基于最优测站分布和卫星分布组合模式的高频ERP解算新方法。其成果可为提高现有ERP参数的时间分辨率，精化相关地球物理模型提供理论与技术支持。

地球自转参数不仅是联系地球参考框架与天球参考框架的主要转换参数，同时也是人造卫星精密定轨、深空探测器自主导航以及高精度授时守时服务的必要物理参数。因此实现地球自转参数的精确测定与预报被视为现代大地测量的主要科学目标之一。项目针对地球自转参数的精确测定与预报问题，主要开展了以下工作：1、研究了多时段高频ERP参数的数据处理策略，编写了具有自主知识产权的ERP产品自动生成软件；2、分析了ERP参数与卫星轨道参数间的影响函数关系，提出了一种新的高频ERP参数实时修正方法。基于该方法，发展了一种超快速卫星轨道的精确确定技术；3、研究了高频ERP参数解算中对流层延迟参数估计策略，对比分析了不同先验模型对高频ERP参数解算结果的影响，确定了合适的先验模型；4、分析了不同卫星分布和测站分布对ERP参数解算结果影响，建立了基于最优测站分布和卫星分布组合模式的ERP参数解算新模型。基于该模型，提出了一种最简地面观测网络优选方法；5、提出了一种基于多元回归与最小二乘组合的极移参数预报方法，该方法通过充分考虑极移X和Y方向最小二乘拟合残差之间相关性，有效提高了短期极移参数的预报精度；6、研制了一款VLBI数据处理软件，并利用近五年国际VLBI观测网络数据对软件可用性与可靠性进行了第三方检测。结果显示，该软件与多个国际知名软件EOP解算结果精度相当；7、研究了基于Helmert转换模型的旋转参数估计误差表示方法，分析了方向余项、单位四元数、吉布斯矢量等不同表达方式的利弊，给出了加性误差与乘性误差的转换方法。