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走向深海,发展自立自强的海底大地测量基准

中国科学基金 2024年第1期38卷 182-192页

作者：鲍李峰席梦寒翟振和李琦孙和平中国科学院精密测量科学与技术创新研究院/大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049 西安测绘研究所西安710054 西安测绘总站西安710054

海洋是重要的经济通道和安全屏障,需要建立实时、快速感知海洋环境变化的海底基准网。海底大地测量基准在海洋资源勘探、海洋科学研究和保障海洋安全方面具有巨大优势和重要作用。通过回顾国内外海底大地测量基准构建的发展情况,分析和... 详细信息

海洋是重要的经济通道和安全屏障,需要建立实时、快速感知海洋环境变化的海底基准网。海底大地测量基准在海洋资源勘探、海洋科学研究和保障海洋安全方面具有巨大优势和重要作用。通过回顾国内外海底大地测量基准构建的发展情况,分析和讨论了构建海底大地测量基准的主建思路和关键科学问题。阐述自主发展和构建海底重力基准的意义,并分析构建基准网需要重点突破的关键技术。在量子精密测量技术不断突破的基础上,提出利用量子测量技术改变现有观测技术缺陷的思考,有望加快建设海底大地测量基准网,为水下复杂环境提供陆海连续、安全可靠和高精度的时空服务。

关键词：海底大地测量基准水下动态测量技术量子精密测量技术

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多系统单频紧组合GNSS-R测高方法

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 146-155页

作者：邓垦周佩元杜兰蔡巍信息工程大学地理空间信息学院河南郑州450001 77120部队四川成都610000 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 西安测绘总站陕西西安710054

全球卫星导航系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术可以同时接收导航卫星直射信号和来自水面的反射信号,进而利用伪距、载波相位和信噪比信息实现高时空分辨率的水面高度反演。由于岸基设备特别... 详细信息

全球卫星导航系统反射测量(global navigation satellite system-reflectometry,GNSS-R)技术可以同时接收导航卫星直射信号和来自水面的反射信号,进而利用伪距、载波相位和信噪比信息实现高时空分辨率的水面高度反演。由于岸基设备特别是单频设备在部分受限环境中观测量不足,导致基于载波相位处理的GNSS-R实时测高性能降低,因此提出了一种利用GNSS重叠频率B1C/L1/E1信号的紧组合模型以提升单频GNSS-R的测高性能。首先,从天线极化方式的角度对差分系统间偏差(differential inter-system bias,DISB)进行评估和分析。结果表明,对于左圆极化天线和右圆极化天线组成的短基线,在使用同型号接收机时可以忽略DISB的影响。然后,基于实测北斗三号卫星导航系统/全球定位系统(global positioning system,GPS)/伽利略(Galileo)系统数据评估了多系统紧组合模型下的GNSS-R测高性能。实验结果表明,相比于松组合模型,多系统紧组合模型能够显著减少安装环境对设备的限制,特别是在单系统反射信号观测量不足4个的条件下,紧组合模型GNSS-R水面高度反演在保证厘米级精度的条件下成功率仍高达约94%,从而有效提升恶劣观测条件下GNSS-R测高性能。

关键词： GNSS反射测量差分系统间偏差反射信号多系统紧组合

全球海平面年际波动与陆地水储量异常的时空关联

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地球科学 2024年

作者：宋哲张子占郑硕闫昊明高春春山东科技大学测绘与空间信息学院中国科学院大学地球与行星科学学院大地测量与地球动力学国家重点实验室中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北珞珈实验室

研究全球平均海平面（GMSL）上升过程中的年际波动有助于我们深入了解GMSL变化特征。本文主要分析GMSL在2005-2016期间经历的两次显著年际波动及其成因，定量分析全球各大洲陆地水储量（TWS）异常的空间分布及其对GMSL年际波动的贡献，... 详细信息

研究全球平均海平面（GMSL）上升过程中的年际波动有助于我们深入了解GMSL变化特征。本文主要分析GMSL在2005-2016期间经历的两次显著年际波动及其成因，定量分析全球各大洲陆地水储量（TWS）异常的空间分布及其对GMSL年际波动的贡献，并探讨各大洲TWS变化与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）之间的相关性。结果表明在GMSL年际波动中与海水质量变化相关的重力海平面（BSL）变化贡献占80%，与海水温盐度变化相关的比容海平面变化的贡献约为20%，格陵兰岛和南极洲冰盖消融主要影响BSL的长期变化趋势，各大洲TWS异常变化则主导了BSL的年际变化，其中南美洲贡献最大，其次是北美洲、亚洲和大洋洲，欧洲TWS贡献最小。南美洲TWS异常变化与ENSO关联性最强，相关系数为-0.76，并存在-7个月相位差，北美洲关联性最弱，在-5个月相位差时达到最大值-0.25。

关键词：海平面变化年际波动陆地水储量异常 ENSO

顾及衰减系数时空变化的全球PWV垂直改正模型

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测绘学报 2024年第5期53卷 889-899页

作者：蒋春华高祥王帅民祝会忠陈少妮刘广盛辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院辽宁阜新123000 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038

大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)在多尺度气候变化及大气物理过程中扮演着重要的角色。为提高PWV垂直改正精度进一步扩展各类PWV产品的空间应用性,本文基于2010—2019年ERA5再分析资料构建了一种顾及PWV垂直衰减系数时空变... 详细信息

大气可降水量(precipitable water vapor,PWV)在多尺度气候变化及大气物理过程中扮演着重要的角色。为提高PWV垂直改正精度进一步扩展各类PWV产品的空间应用性,本文基于2010—2019年ERA5再分析资料构建了一种顾及PWV垂直衰减系数时空变化的全球适用范围的分层格网模型(GPWVCS)。同时联合2020年ERA5及无线电探空PWV,评估了本文模型在全球范围内的精度及适用性。结果表明,相比于经验模型及未分层的GPWVC模型,GPWVCS模型有效提升了PWV的垂直改正精度。以ERA5 PWV为参考,全球范围内GPWVCS模型修正PWV的RMS不超过1.9 mm。以探空数据为参考,GPWVCS模型在热带、温带、寒带及全球范围的年均RMS分别为2.24、1.29、0.44、1.44 mm,较经验模型分别提升34.6%、14.1%、10.9%及21.4%,较GPWVC模型分别提升6.4%、5.8%、9.4%及6.0%。GPWVCS的分层算法最大限度地削弱了PWV指数外推的误差累积影响,本文开发的水平分辨率为1°×1°、2°×2°及5°×5°的模型均能够显著提升全球范围内多种高差下PWV的垂直改正效果,用户可以根据计算效率及精度需求自行选择最佳模型。

关键词： GPWVCS模型大气可降水量衰减系数垂直分层

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CHZ-Ⅱ海洋重力仪研制与实践

测绘学报 2024年第4期53卷 620-628页

作者：柳林涛何建刚许江宁刘雷钧高金耀孙中苗吴太旗梁星辉胡明郎骏健何泓洋中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 海军工程大学湖北武汉430033 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 西安测绘研究所陕西西安710054 海军海洋测绘研究所天津300061

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便... 详细信息

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便。在科技部首批重大科学仪器专项的支持下,基于CHZ海洋重力仪成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-Ⅱ弹簧式海洋重力仪。该新型重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。本文介绍了该仪器的工作原理、系统构成、技术特点及测试结果。静态试验表明其月漂移优于3 mGal;码头系泊试验表明其动态精度达到0.2 mGal,能清晰反映海潮的重力变化特征;总航程超过5万海里船载试验表明其综合测量精度优于1 mGal。仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前国外进口的海洋重力仪。

关键词： CHZ-Ⅱ海洋重力仪零长弹簧硅油阻尼高精度恒温技术陀螺稳定平台海洋重力测量

Argo盐度漂移修正及其对全球海平面变化的影响

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：宋哲张子占郑硕闫昊明高春春中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室中国科学院大学地球与行星科学学院湖北珞珈实验室山东科技大学测绘与空间信息学院

基于不同机构（SIO、JAM和EN4）发布的多套Argo数据集，分析盐度漂移的时空变化特征，发现2016年以后，3家机构的盐度数据集都存在明显的系统性漂移，且不同深度层的盐度漂移幅度差异较大。为此基于赤池信息量准则（Akaike information ... 详细信息

基于不同机构（SIO、JAM和EN4）发布的多套Argo数据集，分析盐度漂移的时空变化特征，发现2016年以后，3家机构的盐度数据集都存在明显的系统性漂移，且不同深度层的盐度漂移幅度差异较大。为此基于赤池信息量准则（Akaike information criterion,AIC）提出面向特定深度层盐度漂移的多项式修正方法。该方法能有效修正0～2 000 m深度范围内Argo数据的盐度偏差，使得2005～2021年的GMSL预算平衡偏差减少约43%。盐度漂移具有复杂的空间关联性，全球盐容海平面变化趋势存在显著的空间分布差异，北大西洋区域最为显著，修正后其空间分布趋于一致。

关键词： Argo盐度漂移海平面预算盐容海平面变化比容海平面变化

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海底四分量各向异性介质高斯束偏移方法

石油地球物理勘探 2024年

作者：徐贵军石星辰邹振毛伟建刘强李文静中国科学院精密测量科学与技术创新研究院计算与勘探地球物理中心大地测量与地球动力学国家重点实验室中国科学院大学东方地球物理公司物探技术研究中心油气勘探计算机软件国家工程研究中心

基于弹性波动方程的多波多分量高斯束偏移方法计算高效且成像精确，适用于复杂地质构造，目前多应用于陆地三分量数据，对于海底地震数据存在明显的适应性问题：(1)不完整的海底边界条件导致P波和S波无法彻底分离，上、下行波会在海底... 详细信息

基于弹性波动方程的多波多分量高斯束偏移方法计算高效且成像精确，适用于复杂地质构造，目前多应用于陆地三分量数据，对于海底地震数据存在明显的适应性问题：(1)不完整的海底边界条件导致P波和S波无法彻底分离，上、下行波会在海底的记录方式下发生混叠，造成虚假成像；(2)地下介质中普遍存在的各向异性带来运动学信息误差，导致最终成像出现反射波归位不准确、绕射波收敛效果差、能量不聚焦等问题。为此，提出一种兼顾各向异性特性、直接使用包含水压分量的海底四分量地震数据进行弹性高斯束偏移成像的方法。首先，假设海底接收界面为各向同性，以弹性波波动方程和海底完整边界为基础进行波场延拓，得到四分量数据的波型分离矩阵；然后，结合各向异性射线追踪和动力学参数近似，实现了VTI介质的弹性波高斯束偏移。2D层状模型和北海Gullfaks区域模型的数值试算结果表明，所采用的海底四分量各向异性介质高斯束偏移方法抑制了不完整边界条件造成的成像假象，能够自动分离海底各向异性介质中的PP波和PS波，实现转换波的准确成像，更精确地恢复和归位地震波，提高了地震资料成像分辨率，尤其适用于复杂海底的大炮检距、宽方位地震勘探。

关键词：波动方程成像各向异性介质弹性波高斯束四分量

智能化InSAR数据处理研究进展、挑战与展望

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测绘学报 2024年第6期53卷 1037-1056页

作者：江利明邵益周志伟马培峰王腾中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 香港中文大学太空与地球信息科学研究所中国香港999077 北京大学地球与空间科学学院北京100871

随着海量SAR数据的持续积累及深度学习技术的快速发展,以大数据分析和人工智能为主要特征的智能InSAR时代即将来临。本文综述了深度学习技术在InSAR数据处理中的研究现状与发展趋势。首先,简述了目前主流InSAR数据处理方法,分析了在复... 详细信息

随着海量SAR数据的持续积累及深度学习技术的快速发展,以大数据分析和人工智能为主要特征的智能InSAR时代即将来临。本文综述了深度学习技术在InSAR数据处理中的研究现状与发展趋势。首先,简述了目前主流InSAR数据处理方法,分析了在复杂应用场景下其监测精度、处理效率和自动化程度等方面的局限性。然后,在介绍主要InSAR深度学习网络(包括卷积神经网络、循环神经网络和生成对抗网络)的基础上,根据深度学习技术在InSAR数据处理关键环节中的应用,结合笔者团队研究实践,系统梳理了InSAR相位滤波、相位解缠、PS/DS点选取、大气校正、形变估计和形变预测等方面智能化处理的研究进展。最后,探讨了基于深度学习的InSAR数据智能化处理面临的挑战,并对未来发展趋势进行了展望。

关键词： InSAR 地表形变智能处理深度学习神经网络

FCM测站定权的LAGEOS-2卫星精密定轨影响分析

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大地测量与地球动力学 2024年第7期44卷 684-689页

作者：王军傲钟世明张杰周冲冲郭钊路润民中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉市430077 中国科学院大学地球与行星科学学院北京市100049 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院武汉大地测量国家野外科学观测研究站武汉市430077

由于卫星激光测距(satellite laser ranging, SLR)台站的测距精度和稳定性存在差异,精密定轨中需要对不同性能的台站赋予不同权重。本文将模糊C均值(fuzzy C-means, FCM)聚类定权应用于LAGEOS-2精密定轨,并比较原始测站定权和FCM定权对... 详细信息

由于卫星激光测距(satellite laser ranging, SLR)台站的测距精度和稳定性存在差异,精密定轨中需要对不同性能的台站赋予不同权重。本文将模糊C均值(fuzzy C-means, FCM)聚类定权应用于LAGEOS-2精密定轨,并比较原始测站定权和FCM定权对轨道精度的影响。结果表明:1)相较于原始测站定权,FCM定权更能反映各SLR台站的性能,提高定轨精度和观测值数量;2)对于ILRS四个质量分析机构,原始测站定权下JCET发布的质量报告在定轨精度上略优于其他中心,采用FCM定权后,以4个机构发布的质量报告进行定轨的结果在同一水平,轨道精度为4.83~4.86 cm。

关键词：卫星激光测距模糊C均值聚类定权卫星精密定轨

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