【摘 要】
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引潮位展开是大地测量、地球物理等学科领域研究的基本理论问题,不仅具有提高空间测地技术归算精度的作用,而且在地球内部物理结构和动力学演化、板块运动和地壳形变监测等研究上均具有重要意义。时空参考系变换、勒让德函数计算是引潮位频谱法展开的两个核心基础工作,在对这两个工作进行深入研究的基础上,本文提出了一套具有四重互检核条件的计算引潮位和引潮力的递推算法,可以快速确定计算过程和结果的准确性,并设计出一套基
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引潮位展开是大地测量、地球物理等学科领域研究的基本理论问题,不仅具有提高空间测地技术归算精度的作用,而且在地球内部物理结构和动力学演化、板块运动和地壳形变监测等研究上均具有重要意义。时空参考系变换、勒让德函数计算是引潮位频谱法展开的两个核心基础工作,在对这两个工作进行深入研究的基础上,本文提出了一套具有四重互检核条件的计算引潮位和引潮力的递推算法,可以快速确定计算过程和结果的准确性,并设计出一套基于FFT和最小二乘法相结合的引潮位展开迭代算法,最终得到包含33528项潮波的引潮位展开表TGP2017,其精度优于目前已有的各个引潮位展开表。论文所做的主要工作及成果如下:1.从秒长定义的不同方法出发,将时间尺度划分为世界时和原子时两大类,并明确各类时间尺度间的转换关系;基于USNO发布的3个ΔT离散数据文件,根据最小二乘法拟合得到一组新的计算ΔT的6次多项式经验公式,可适用于四种不同的时间格式,计算表明新的经验公式精度优于目前国际通用的NASA经验公式精度。2.在GCRS与ITRS转换方面,针对基于春分点的岁差章动转换和基于CIO的无旋转原点转换两种方法,以DE421历表中太阳系10个天体为例,计算并分析两种转换方法间的差异、两个IERS规范间的差异对坐标转换的影响。计算表明对于同一个IERS规范而言,两种转换方法间的差异对天体坐标转换的影响在5?as（微角秒）以内;对于同一种转换方法而言,两个IERS规范间的差异对坐标转换的影响在0.5mas（毫角秒）以内。同时计算表明极移、参考框架偏差对坐标转换影响分别高达0.6?和18mas,若忽略ΔT则计算结果错误。3.从第一相对数值精度、第二相对数值精度、计算速度和效率等方面,对完全规格化缔合勒让德函数四种常用递推算法的适用性进行研究、分析和比较。计算表明:标准向前行递推算法适用范围最小;对于整个定义域,在1900阶内,标准向前列递推算法、跨阶次递推算法和Belikov递推算法均适用,且第一种算法速度最快;在3000阶内,跨阶次递推算法和Belikov递推算法适用,且后者更优。4.从引潮位基本公式出发,在分析缔合勒让德函数及其完全规格化的基础上,给出引潮位展开中Doodson规格化、H＆W规格化、C＆T规格化的具体形式,从理论公式层面揭示出3种规格化方法的本质以及三者彼此间转换关系的内在实质,给出Doodson规格化6阶以内规格化因子的具体数值,通过计算发现并改正了Roosbeek文献中的（38）5~1和IERS 2003、2010规范中的f 3?~1三个参数数值的错误。5.基于勒让德函数和完全规格化缔合勒让德函数的递推算法、以及两种天球参考系转换方法,提出了4种计算引潮位与引潮力的递推算法,通过增加四重互检核条件,可以快速确定计算过程与计算结果的准确性,大幅提高计算效率。以BFO测站为例,计算得到1962-01-01至2017-01-01时间范围内,时间间隔1h的引潮力时间序列,统计结果表明引潮力量值在149459.841?10-11ms-2以内。对精密引潮力计算中各类影响因素进行分析,计算表明岁差章动模型更新的差异、两种参考系转换方法间的差异对引潮力的影响可完全忽略不计;地球扁率、极移、参考框架偏差、历表更新对引潮力的影响量值分别在1.891?10-11ms-2、0.586?10-11ms-2、0.032?10-11ms-2、0.012?10-11ms-2以内,这些因素在高精度引潮力计算中不能忽略;地球时与世界时转换、径向法向转换对引潮力的影响分别高达916?10-11ms-2、476?10-11ms-2,忽略这两个因素将会导致计算结果错误。6.设计出一套基于FFT和最小二乘法相结合的引潮位展开迭代算法,通过加窗函数、频率插值、最佳整数组合等方法,在顾及地球扁率、时空参考系变换等影响因素的情况下,分别将月球和太阳的引潮位展开至6阶和3阶,将水星、金星、火星、木星、土星的引潮位展开至2阶后,得到包含33528个潮波分量的引潮位展开表TGP2017。通过构建基准序列BFDE431,在短期、中期、远期等4个时间尺度内对各个引潮位展开表的精度进行评定,结果表明TGP2017展开表的精度相对于国际上目前存在的HW95、KSM03、RATGP95、Tamura87、XI89、Büllesfeld85、CT73、Doodson1921展开表,分别至少提高了2、63、91、129、162、313、476、1144倍。
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