地球自转参数的周期分量分离与高精度中长期预报研究

Earth rotation parameters (ERPs), including polar motion and length-of-day variation, are the essential for all application fields in which coordination relation has to be built between the space objects and ground objects. Meanwhile, periodic components with long, decadal, interannual and seasonal periods respectively in ERPs provide important geodetic constraints for Earth geodynamic processes as well. In this program, a new method for periodic component separation is proposed which can avoid the edge effect, improve the frequency resolution, and determine the harmonic information. It can extract the period components of ERPs losslessly and unbiasedly, that will provide basic data for studying ERPs theory. In, autonomous navigation, navigation system will have to employ ERPs medium- and long-term predictions, for unavailable of new ERPs observations. So it is necessary to improve the medium- and long-term prediction accuracy. Optimal combination of statistic prediction model with theory counterpart is studied in this program, which will take advantage of both the precision of statistical models and stability of theoretical models. It will improve prediction of medium- and long-term prediction, which will satisfy the demand of ERPs medium- and long-term prediction in BDS and deep space exploration.

在一切需要建立空间目标和地面目标之间坐标关系的应用领域中，地球自转参数ERPs（包括极移和日长变化）是不可或缺的参数。同时，ERPs中包含的长周期、十年尺度、年际、季节性和亚季节性的周期分量为研究地球动力学过程提供了重要的大地测量约束。项目提出一种能够克服端点效应、提高频率分辨率和无偏确定调和信息的周期分量分离方法，实现ERPs周期分量的无损分离，为地球自转理论理论研究提供基础数据。在自主导航阶段，导航系统将面临最新的ERPs观测值无法上传而不得不使用中长期预报值的问题，因此，高精度的ERPs中长期预报是卫星自主导航必须要解决的问题。为兼顾统计模型的精度和理论模型的稳定度，项目将最优组合统计预报模型和理论预报模型，实现高精度的ERPs中长期预报，满足北斗二代卫星导航系统和深空探测等空间科学工程对ERPs中长期预报的需求。

在一切需要建立空间目标和地面目标之间坐标关系的应用领域中，地球自转参数ERPs（包括极移和日长变化）是不可或缺的参数。同时，ERPs中包含的长周期、十年尺度、年际、季节性和亚季节性的周期分量为研究地球动力学过程提供了重要的大地测量约束。经典的信号分离方法受时频分辨率和边缘效应影响，在分离周期分量（尤其是比较接近的周期分量）时，在数据两端会损失相当长的一部分数据。这将导致对周期分量的研究要滞后于观测，而且在预报建模中，最新观测数据的利用率不高，也将影响周期分量的预报精度。为解决这一问题，本项目提出半窗口标准时频变换（NTFT）方法，它是一种能够克服边缘效应、提高频率分辨率和无偏确定调和信息的周期分量分离新方法。围绕该方法，开展了如下研究：.1）应用该方法分离出地球极移的周年摆动和Chandler摆动，为地球自转理论研究提供基础数据。通过分析周年摆动和Chandler摆动规律，发现①Chandler摆动近年来一直在衰减，几近消失，②周年摆动在2005-2006年间振幅异常增大近2倍，相位延迟40天，引起了国际上的普遍关注。.2）在自主导航阶段，导航系统将面临最新的ERPs观测值无法上传而不得不使用中长期预报值的问题，因此，高精度的ERPs中长期预报是卫星自主导航必须要解决的问题。本项目实现了高精度ERPs中长期预报，其预报精度要高于IERS Bulletin A发布的同期预报精度，也高于EOP PCC运动中其他方法的预报精度，达到国际先进水平，满足北斗二代卫星导航系统和深空探测等空间科学工程对ERPs中长期预报的需求。.此外，本项目将半窗口NTFT拓展到潮汐预报中，取得了比经典的调和分析法更好的预报精度。我们认为半窗口NTFT是一种普遍适用于周期信号分析和预测的新方法，将在更多的领域中发挥作用。