国内外地球参考框架研究进展分析与比较

国内外地球参考框架研究进展分析与比较

摘要：地球参考框架是地球相关科学的基础设施，对于地球的研究和相关科学的发展具有重要意义，本文对比分析了目前世界上主要的地球参考框架及其最新进展，并对我国地心参考框架的建立提出了几点建议。

关键词：地球参考框架；itrf；igs；2000国家gps大地网abstract: the earth reference frame is related to earth science foundation facilities, and on the earth and related research has important significance to the development of science, this paper analyzes the contrast of the world’s major earth reference frame, and the latest progress of our country the reference frame of the establishment puts forward several suggestions.

keywords: the earth reference frame; itrf; igs; 2000 national gps the earth nets

1 引言

地球参考框架由一系列坐标精确已知的物理点组成，这些坐标基于特定的坐标系统，是地球参考系统的一个理想实现。地球参考框架是地球相关学科——天文学、地球物理学和大地测量学以及空间技术的基础设施，地球参考框架所能达到的完善程度，对于我们研究地球的区域、全球性质的能力及空间技术的发展具有十分重要的

意义，包括精密定位和定轨、航天器的发射，冰川时期后的回跳、海面水位变化、板块构造、区域沉降、负荷、板块边界形变、以及地球定向激发等问题。

2 地球参考框架的实现与发展概述

地球参考框架是地球参考系统的实现，由一系列相应地球参考系统下的位置和速度精确已知的物理点组成。在这一系列相容的坐标及其随时间演变中实际上隐含了定义一个地球参考系统所必须的原点、尺度、定向及其随时间的演变。

利用空间大地测量技术实现地球参考系统的基本步骤为：

（1）建立观测台站，进行空间测量；

（2）根据协议约定，采用国际推荐的一组模型参数、常数，对观测数据进行处理，解算出测站坐标，建立协议参考框架；

（3）对影响台站稳定性的各种变形进行处理，建立时变模型维持其稳定。

地球参考框架已经从最初的局部的、参心的、静态的、百米量级的参考框架发展到现在基于空间大地技术获得的全球的、地心的、动态的、厘米甚至毫米量级的、不断精化的参考框架。各种不同的地心参考框架一般都采用iers(国际地球自转服务)标准，是itrs 的一个实现。由iers负责实现和维护的itrf参考框架是目前应用最广泛、精度最高的参考框架。gps、glonass、galileo全球卫星导航系统也建立了基于自身观测数据的地心参考框架作为各自产

品的基础。此外，各国逐步建立了自己的区域地心参考框架，以满足各种不同的应用。而我国一直采用北京54和西安80参心坐标系，可利用的地心坐标框架只有2003年建立的2000国家大地控制网。

3 国内外研究进展

3.1 国际地球参考框架itrf

itrf是由iers提供的国际地球参考框架，是itrs（国际地球参考系）的实现。itrf是目前应用最广泛、精度最高的参考框架，被大多数研究机构采用。itrs由iers根据iugg的决议定义。根据《iers conventional 2003》，最新的itrs的定义为：

（1）坐标原点是地心，它是整个地球（包括海洋和大气）的质量中心；

（2）长度单位是米（si），这一比例尺和地心局部框架的tcg时间系统保持一致，符合iau和iugg的1991年决议，由相应的相对论模型得到；

（3）其方向初始值是由国际时间局（bih）给出的1984.0的方向；

（4）定向随时间演变采用相对于整个地球的水平板块运动无整体旋转的nnr条件。

itrf的实现基于甚长基线干涉测量（vlbi，very long baseline interferometry）、激光测月（llr，lunar laser ranging）、激光测卫（slr，satellite laser ranging）、全球定位系统（gps，global

positioning system）和多普勒定轨和无线电定位技术（doris，doppler orbit dertermination and radiopositioning integrated on satellite）等空间大地测量技术的观测数据。自1988年起，iers已经发布itrf 88，89，90，91，92，93，94，96，97，2000，2005全球坐标参考框架。其中itrf2000的点位精度为2～5mm，速度为1～2mm/y，地心精度为mm量级，绝对尺度为0.5ppb。

itrf 2005是iers最新公布的参考框架，参考历元为2000.0。itrf2005第一次采用紧组合（rigorous combination）的方式给出了338个并置站中608个站的位置和速度，以及与参考框架一致的eop。itrf2005的这些改进必将更好的为地球相关科学的研究服务。

3.2 igs参考框架

igs（the international gnss service）简称igs，前身为国际gps服务组织。gnss为global navigation satellite systems 的简称，意为全球卫星导航系统。igs提供的高质量数据和产品被用于地球科学研究等多个领域。

igs参考框架为igs产品提供了一个稳定和可靠的内部参考框架，目前为止，igs已发布了igs96，igs97，igs00，igb00，igs05参考框架。与itrf系列参考框架不同，这些参考框架仅基于gps技术实现，保证了igs产品的内部一致性。最新的igs参考框架为igs05，与之前的igs参考框架igb00相比，主要有以下几方面的改进：（1）参考站的数量增加并且删除了质量不好的测站；igs05