利用GPS连续观测进行中国沿海验潮站地壳垂直形变分析

利用中国沿海GNSS(Global Navigation Satellite System)业务化观测系统2009~2013年的GPS连续观测数据,在统一基准下分析了中国沿海22个长期验潮站的地壳垂直形变。分析结果表明,各验潮站高程时间序列的周期变化与潮汐变化具有较高的关联性;22个验潮站的地壳垂直形变趋势既具有小区域一致性,又存在显著的海区差异;研究验潮站地壳垂直形变,可以有效消除验潮站地壳形变对区域海平面变化的影响,实现海平面变化量的准确提取。     

区域CORS网坐标时间序列周期特征分析

通过精密单点定位的方法获取了区域CORS网各基准站的坐标时间序列,并利用最大似然估计法和频谱分析法对其32个基准站坐标时间序列的周期特征进行了分析,获取了各基准站年周期、半年周期的振幅和相位值,以及各基准站的周期功率谱图。结果表明:GNSS基准站坐标时间序列不仅存在线性变化,还存在周期性变化,其中以U方向表征最为明显,与双差定位获得的坐标时间序列周期特性分析结果一致,说明以精密单点定位获取的GNSS基准站坐标时间序列是可靠的,可以用来分析基准站的变化特征。     

通过大港验潮站坐标确定我国高程基准的垂直偏差

确定局部高程基准相对大地水准面的垂直偏差是统一全球高程基准的重要途径。本文的目的是通过大港验潮站坐标直接确定我国高程基准的垂直偏差。首先给出通过大港验潮站坐标确定我国高程基准垂直偏差的基本原理,然后介绍测定大港验潮站平均海面坐标的方法及过程,接下来通过EGM2008和EIGEN-6C4重力场模型计算出的我国高程基准面的重力位,进而推算获得垂直偏差,并与我国东部地区GPS/水准数据的计算结果进行了比较。经分析发现,EGM2008模型计算结果的可靠性要好于EIGEN-6C4模型;利用大港验潮站坐标计算得到的我国高程基准相对大地水准面的垂直偏差为0.344 m,比利用我国东部261个GPS/水准点数据计算获得的偏差值小0.006 m。     

热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩和基岩的影响量;其次,利用最小二乘拟合方法,同时估计模型中周期项的周期、振幅、相位等信息,而已有方法仅估计振幅与相位信息;最后,基于改进的模型,分析了基准站垂向位移的周期性特征变化。本文利用该方法分析了有代表性的9个IGS基准站的数据。结果表明:基岩热膨胀和天线观测墩热效应能造成测站垂直方向位移变化;在分析的基准站中,最大影响分别可达0.57mm和1.85mm;热膨胀效应造成的GNSS基准站垂直方向位移时间序列具有周年和半周年周期特性,分别可以解释测站U方向坐标时间序列季节性变化的11.2%和3.3%,影响大小随测站纬度的增加而增加,且半周年影响明显小于周年影响;同时,部分测站发现了其他小周期的影响(约51d)。此外,基于该方法,选取了全球107个IGS站,计算了热膨胀造成的各测站垂向位移周年振幅及其相位,结果显示周年振幅最大可达3.3mm,其大小和测站纬度具有比较明显的相关性。     

华北区域GNSS基准站高程时间序列的非线性变化分析

基于陆态网络全球卫星导航系统（GNSS）观测成果，采用功率谱分析法和最小二乘方法，以华北地区为例，研究了区域基准站高程时间序列的非线性变化特征，并分析了不同环境负载的影响.结果表明，GNSS基准站高程方向存在显著的周年和半年周期特征，且周年特征要显著于半周年特征.位于不同地区的基准站的振幅和相位存在差异，华北平原南部地区的周年振幅要大于北部地区，整体上华北地区周年变化在秋季时节振幅达到最大.不同环境负载效应对华北GNSS高程位移的影响不一致，利用三种环境负载修正GNSS序列后，水文负载的修正效果最好，非潮汐大气负载次之，非潮汐海洋负载修正结果不理想.      

山东CORS基准站坐标时间序列噪声分析

针对目前在分析GPS基准站噪声时对其坐标时间序列周期项提取不充分的现状,该文提出用小波谱探测坐标时间序列中的周期项,用小波分析方法提取周期项,得到不含明显周期项噪声序列。以山东CORS中26个基准站两年的坐标时间序列为例,去除了坐标时间序列中阶跃项,确定了长期趋势项,对周期项进行了探测、分离和提取,得到了各测站的噪声序列;用谱指数法分析了噪声的类型,用最大似然估计获取了各种噪声的分量,进而建立了噪声组合模型。实验结果表明,山东CORS基准站噪声模型可以用白噪声加闪烁噪声的形式来描述,其白噪声的平均值为1.25mm,闪烁噪声的平均值为5.46mm。     

CME对IGS基准站坐标序列噪声模型及速度估计影响分析

以50个IGS基准站坐标时间序列为研究对象,采用赤池信息量准则（BIC）模型估计准则对四种组合噪声特性进行估计分析,探讨共模噪声（CME）对IGS基准站坐标时间序列噪声模型及站速度影响. 结果表明CME会导致IGS基准站坐标序列噪声模型的有偏估计,并影响站速度的确定精度,准确估计基准站速度参数时应对CME进行修正;经CME修正后IGS基准站周年运动周年项振幅有所减小,高程方向更为明显,表明滤波后IGS基准站周年运动相对稳定.      

GNSS坐标时间序列分析理论与方法及展望

长期累积的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）基准站坐标时间序列为大地测量学及地球动力学研究提供了基础数据。通过完善GNSS数据处理模型及策略,研究造成非线性运动的机制并进行有效建模,可以获得测站准确的位置和速度,不仅有助于合理解释板块构造运动,建立和维持动态地球参考框架,而且能更好地研究冰后回弹及海平面变化,反演冰雪质量变迁等地球动力学过程。首先从基准站坐标的精确获取、时间序列模型构建、时间序列信号分析等方面描述了GNSS坐标时间序列分析的理论与处理方法;其次,探讨了坐标时间序列噪声模型构建技术,给出了严密三维噪声模型构建方法;然后,疏理了坐标时间序列中非线性变化成因机制的研究进展;最后,总结了基于GNSS坐标时间序列的应用领域,并展望了其未来的发展方向。     

验潮站坐标时间序列特性分析

文中以298个验潮站作为研究对象,采用广义高斯-马尔科夫模型(GGM)、自回归滑动平均模型(ARMA)以及分形自回归聚合滑动平均模型(ARFIMA)三种模型,对验潮站坐标时间序列噪声模型特性及海平面变化趋势进行估计分析,并探讨了时间跨度对验潮站速度估计的影响. 实验结果表明:验潮站坐标时间序列主要呈现为ARFIMA(1,0)、ARFIMA(2,2)、ARMA (1,0) 噪声特性;验潮站速度估计结果表明64.77%的站点速度值所处区间为0～4 mm/a,平均海平面速度为1.25 mm/a,整体处于上升趋势. 随着时间跨度的增加,验潮站坐标序列速度不确定度逐渐由发散趋于收敛,大于110 a的时间跨度有助于获取稳健的验潮站速度估计值.      

GSCORS不稳定站坐标时间序列分析

本文对114个GSCORS坐标时间序列予以分析,发现93%以上的GSCORS位置稳定,序列变化平稳。个别基准站位置不稳定,造成基准站不稳定的因素多种多样,其中基准站周边地质松软、地基不稳为主要因素,导致测站大幅沉降、倾斜。科学、精准地分析不稳定基准坐标时间序列对维护省级参考框架的稳定具有重要指导作用。     

利用CEEMD分析中国沿海GNSS站高程时序变化

利用完备经验模态分解方法（CEEMD）对我国沿海地区6个GNSS基准站（2010—2018）的高程时序数据进行了处理分析。结果表明：CEEMD在高程时间序列分析中具有一定的优越性，可准确分解出各GNSS站高程时序中存在的周、月、季节、年等变化周期项，其中周年运动是主要贡献项，各站高程时间序列的短周期变化与潮汐变化周期具有密切关联性；沿海GNSS站的地面沉降既具有区域的一致性，又存在区域间差异性，其中D区DBJO、DZJJ站呈现先下降后上升的趋势，N区NZUH、NWZU站呈下降趋势，B区的BZMW呈上升趋势，而同海区的BLHT站则呈显著的下降趋势。     

Impact of loading displacements on SLR-derived parameters and on the consistency between GNSS and SLR results

Displacements of the Earth’s surface caused by tidal and non-tidal loading forces are relevant in high-precision space geodesy. Some of the corrections are recommended by the international scientific community to be applied at the observation level, e.g., ocean tidal loading (OTL) and atmospheric tidal loading (ATL). Non-tidal displacement corrections are in general recommended not to be applied in the products of the International Earth Rotation and Reference Systems Service, in particular atmospheric non-tidal loading (ANTL), oceanic and hydrological non-tidal corrections. We assess and compare the impact of OTL, ATL and ANTL on SLR-derived parameters by reprocessing 12 years of SLR data considering and ignoring individual corrections. We show that loading displacements have an influence not only on station long-term stability, but also on geocenter coordinates, Earth Rotation Parameters, and satellite orbits. Applying the loading corrections reduces the amplitudes of annual signals in the time series of geocenter and station coordinates. The general improvement of the SLR station 3D coordinate repeatability when applying OTL, ATL and ANTL corrections are 19.5 %, 0.2 % and 3.3 % respectively, w.r.t. the solutions without loading corrections. ANTL corrections play a crucial role in the combination of optical (SLR) and microwave (GNSS, VLBI, DORIS) space geodetic observation techniques, because of the so-called Blue-Sky effect: SLR measurements can be carried out only under cloudless sky conditions—typically during high air pressure conditions, when the Earth’s crust is deformed, whereas microwave observations are weather-independent. Thus, applying the loading corrections at the observation level improves SLR-derived products as well as the consistency with microwave-based results. We assess the Blue-Sky effect on SLR stations and the consistency improvement between GNSS and SLR solutions when ANTL corrections are included. The omission of ANTL corrections may lead to inconsistencies between SLR and GNSS solutions of up to 2.5 mm for inland stations. As a result, the estimated GNSS–SLR coordinate differences correspond better to the local ties at the co-located stations when applying ANTL corrections.     

GNSS空间信号法时差监测方法与结果分析

比较了3种基于GNSS空间信号进行时差监测的方法,其中,单站精密单点定位（PPP）时差监测法依赖于卫星轨道和钟差的精度,高精度PPP一般采用事后处理的方法;网解时差监测法受卫星轨道误差的影响较小,且不受卫星钟差误差的影响,因此能够用于高精度时差实时监测。为分析不同方法时差监测的差异,在距离不同的时间实验室之间进行了时差试验,试验中将外接相同原子钟的两个测站的时差用于评定时差监测的精度,而相距2000 km的测站用于验证高精度实时时差监测的精度。结果表明：①实时网解与事后PPP时差监测的精度相当,达到了0.16 ns;②采用PPP方法,是否固定站坐标时差结果差异的RMS为0.04 ns;③采用实时网解的方法,对于相隔数千千米的测站实时时差监测,其与PPP后处理结果的差异约为0.14 ns。     

GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响

近年来,由于仪器更换和强震影响,一些长期稳定的GNSS连续站出现了阶跃,严重地影响了参考框架的稳定性和解算精度,理论上这些测站不能再选为参考框架点。针对GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响进行了分析,结果表明：1）如果选用未修复阶跃的测站为框架点,将会扭曲解算结果;2）QOCA能够较为便捷地修复测站阶跃;3）修复测站阶跃能够保证参考框架点的稳定性,并能一定程度提高解算精度。     

大港验潮站潮汐分析与国家高程基准面变化

利用1980—2011年小时潮位数据和1952—2007年月平均潮位数据,对大港验潮站处海洋潮汐以及国家高程基准面近60年的变化进行了分析和研究。首先利用傅里叶变换对两组数据进行频谱分析,获得了影响海水面变化的180个较短周期分潮以及6个长周期分潮;然后对小时潮汐数据进行最小二乘调和分析,获得影响海水面变化的主要分潮的振幅及其变化,发现Q1、O1、M2、K1、K2的振幅具有非常明显的约19年的周期变化;并利用调和分析和18.61年移动平均对国家高程基准面的变化进行了估算,分别获得基准面1952—1980年的下降速率为1.07mm/a和0.76mm/a,1980—2011年的上升速率为1.59mm/a和1.62mm/a;最后,通过18.61年移动平均对1985高程基准进行了检核,发现两者相差0.14cm。     

GNSS坐标时间序列噪声特征分析

为了研究我国目前建立的连续运行参考网络（CORS）GNSS基准站的坐标时间序列噪声特征是否与国际领域研究的成果相符合,对江苏CORS网连续3年24个分布均匀的GNSS基准站的数据进行处理,利用GAMIT软件获取了各基准站的坐标时间序列,并利用CATS软件采用最大似然估计法对坐标时间序列的噪声特征进行了分析,结果表明：GNSS基准站坐标时间序列不仅包含白噪声,还包含有色噪声;GNSS基准站坐标时间序列在N、E、U方向的噪声类型并不完全一致,其中N、E方向的最佳噪声模型为“WH＋FN＋RWN”,U方向的最佳噪声模型为“WH＋FN”.     

Evaluation of the impact of atmospheric pressure loading modeling on GNSS data analysis

In recent years, several studies have demonstrated the sensitivity of Global Navigation Satellite System (GNSS) station time series to displacements caused by atmospheric pressure loading (APL). Different methods to take the APL effect into account are used in these studies: applying the corrections from a geophysical model on weekly mean estimates of station coordinates, using observation-level corrections during data analysis, or solving for regression factors between the station displacement and the local pressure. The Center for Orbit Determination in Europe (CODE) is one of the global analysis centers of the International GNSS Service (IGS). The current quality of the IGS products urgently asks to consider this effect in the regular processing scheme. However, the resulting requirements for an APL model are demanding with respect to quality, latency, and—regarding the reprocessing activities—availability over a long time interval (at least from 1994 onward). The APL model of Petrov and Boy (J Geophys Res 109:B03405, 2004) is widely used within the VLBI community and is evaluated in this study with respect to these criteria. The reprocessing effort of CODE provides the basis for validating the APL model. The data set is used to solve for scaling factors for each station to evaluate the geophysical atmospheric non-tidal loading model. A consistent long-term validation of the model over 15 years, from 1994 to 2008, is thus possible. The time series of 15 years allows to study seasonal variations of the scaling factors using the dense GNSS tracking network of the IGS. By interpreting the scaling factors for the stations of the IGS network, the model by (2004) is shown to meet the expectations concerning the order of magnitude of the effect at individual stations within the uncertainty given by the GNSS data processing and within the limitations due to the model itself. The repeatability of station coordinates improves by 20% when applying the effect directly on the data analysis and by 10% when applying a post-processing correction to the resulting weekly coordinates compared with a solution without taking APL into account.     

组合GNSS观测值反演海面高度EI北大核心CSCD

与验潮站技术相比,岸基全球导航卫星定位系统干涉反射技术(GNSS-IR)海面测高成本较低,且其观测量不受地壳沉降的影响,并可利用目前已有的沿海岸GNSS固定站提供的数据反演海面高度。目前常用观测量为大地测量型GNSS接收机给出的信噪比(SNR)值,然而,早期很多GNSS设备的输出文件中都不包含该值,导致无法利用它们研究海面高度长期变化趋势。但经典的码伪距和载波相位观测值中,同样包含着GNSS-IR测高信息。本文分别引入单频码伪距和单频载波相位的组合,以及单频码伪距和双频载波相位的组合GNSS两种观测值的组合实现了岸基海面测高。本文采用模拟数据证明了基于前一组合的GNSS-IR测高精度受到电离层延迟残差的影响,而后一种组合可避免该误差项的影响。为验证两种组合方法的有效性,在山东威海一海上栈桥上开展了试验,采集了全球定位系统(GPS)和北斗卫星导航系统(BDS)的观测数据,并处理得到了海面测高信息。最后,将反演结果与26 GHz雷达高度计的观测值进行了比较分析,发现二者具有较好的一致性,相关系数均优于85%。试验结果表明:两种码伪距和载波相位组合法均可用于GNSS-IR测高。另外,由于当前GNSS-IR测高受多种误差项影响,导致反演精度较低,使得后一种组合在避免电离层延迟残差方面的优越性并没有明显体现。本文组合方法的引入,增加了海面高度反演方法的多样性,提升了GNSS-IR测高技术的应用空间。