几种改进的地球自转参数预报方法

论文摘要

地球的自转运动可以通过极移、日长变化、岁差及章动来描述,上述参数称为地球定向参数（EOP）。EOP包含了丰富的地球动力学信息,在卫星定轨、宇宙飞船跟踪、天文动力学、深空探测等领域有着非常重要的应用。受限于复杂的数据处理过程,空间大地测量技术获取的地球定向参数存在几小时甚至几天的滞后,然而某些实际应用需要实时获取地球定向参数数据,因此地球定向参数的预报研究具有重要的理论和实用价值。本文从回归模型定阶、数据选取、稀疏建模等方面,改进了地球定向参数预报方法,主要工作及成果如下:（1）针对目前部分已有研究中,存在自回归模型定阶方法使用不当的情况,分析是否正确使用定阶准则对AR模型阶数及LS+AR模型预报性能的影响。理论和实验结果表明,不当使用定阶准则将低估最终的模型阶数值,同时大幅降低LS+AR模型对中长期跨度内极移参数变化的预报性能。（2）针对LS+AR模型中,冗余且陈旧的数据将导致模型过学习的问题,分析研究了数据量对AR模型参数解算及最终预报性能的影响,给出了适合中长期极移参数预报的数据选择范围。实验结果表明,合理地选择AR模型基础数据量是提高极移参数预报精度的有效途径之一。（3）提出了一种加权最小二乘外推与自回归组合模型,采用EOP产品中对应参数的解算精度作为定权因子,对LS模型中观测向量部分进行定权。实验结果表明,该方法有效改善了1-270天极移参数及1-500天ΔLOD参数预报精度。（4）针对LS+AR模型中,LS与AR模型分为两步独立计算,只能获取分步最优结果,提出了基于LS+AR模型的一步法,将LS与AR模型合并计算并获取全局最优解。实验结果表明,该方法可提高中长期跨度的ΔLOD参数预报精度。（5）针对传统模型选择方法只能确定AR模型的最高阶,无法对最高阶以下的项进一步筛选的问题,将稀疏建模方法引入极移参数预报当中,利用LASSO与Elastic Net方法,结合L1范数及L1/L2范数约束,起到平滑及自动筛选模型参数、增强模型参数解算稳定性和提高预报精度的作用。实验结果表明,本文提出的方法在保留有效信息的同时,降低模型维度,具备更好的稳定性及更高的预报性能。（6）常规极移参数预报方法针对直角坐标分量分别建模预报,研究发现极移参数向量的极坐标分量（即极角和极径）表现出更好的规律性。鉴于此,本文提出了在极坐标系内对极移参数向量进行建模和预报的新思路,确定了极角和极径参数的最佳预报组合模型。实验结果表明,与目前最好的极移参数预报模型之一的LS+AR模型进行比较,本文提出的预报方案达到了较高的预报精度。该论文有图51幅,表22个,参考文献144篇。

论文目录

致谢

摘要

abstract

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 地球自转参数预报中存在的主要问题

1.4 主要研究内容

1.5 章节安排

2 地球自转参数预报基础

2.1 地球自转参数的测定

2.2 地球自转多种时间尺度上的变化

2.3 地球定向参数数据预处理

2.4 预报精度评价

2.5 本章小结

3 基于LS+AR模型的地球自转参数预报改进方法

3.1 LS+AR预报模型

3.2 AR模型阶数确定及存在的问题

3.3 AR模型数据选择

3.4 WLS+AR预报模型

3.5 基于LS+AR模型的一步法预报

3.6 本章小结

4 稀疏建模在极移参数预报中的应用

4.1 稀疏建模的目的

4.2 LASSO的定义、性质及解算方法

4.3 自适应LASSO定义、性质及解算方法

4.4 ELASTIC NET的定义、性质及解算方法

4.5 惩罚因子的确定

4.6 实验结果及分析

4.7 本章小结

5 顾及相关性的极移参数预报方法

5.1 参数转换

5.2 预报方案

5.3 预报模型选择

5.4 实验结果及分析

5.5 本章小结

6 结论和展望

6.1 主要工作及结论

6.2 创新点

6.3 不足与展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集

文章来源

类型: 博士论文

作者: 吴飞

导师: 邓喀中,程朋根,王潜心

关键词: 地球自转参数,预报方法,最小二乘,自回归模型,稀疏建模,极移变化率

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国矿业大学

分类号: P183.31

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000051

总页数: 123

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