相邻历元误差相关的抗差卡尔曼滤波算法分析

根据卡尔曼滤波理论以及抗差理论,本文推导出了相邻历元误差相关的抗差卡尔曼滤波模型,其对观测值中含有粗差有良好的抗差性。通过对含有粗差的变形监测数据分析,与相邻历元误差相关的卡尔曼滤波模型进行比较,采用本文构造的抗差卡尔曼滤波模型处理数据,无论是否有粗差存在观测值里,变形计算结果与实际结果大体一致,粗差对计算结果的影响不敏感。在对变形监测数据分析时,可得出卡尔曼滤波方法估计的状态向量,没有寄存大量的以往观测数据,而是使用最近的观测数据,经过不断的预测和改正,把新的状态展示在系统中。     

一种基于TerraSAR数据的矿区InSAR最大可检测动态形变梯度模型

受传感器本身的限制及噪声、大气延迟等影响,InSAR技术可检测的最大形变梯度存在极限。为准确预计InSAR技术在矿区形变监测中的检测能力,以65个矿区的地质采矿资料为基础,结合Knothe时间函数和概率积分模型,利用不同空间分辨率的TerraSAR数据,建立矿区InSAR最大形变梯度动态检测函数模型。该模型无需事先获取SAR影像,利用矿区现有的地质采矿资料即可判断InSAR在矿区不同开采阶段的可检测区间。以陕西大柳塔矿区为例,采用2012-11-21~2013-01-26的7景TerraSAR数据进行模型验证,结果表明,该模型不仅能够准确预测InSAR技术在矿区不同开采阶段的检测区间,同时可以确定InSAR技术在矿区不同开采阶段的地表可检测边界,可为InSAR技术在矿区中的推广应用提供重要参考。     

基于形变资料开展地震预测研究需关注的问题及展望

总结基于形变资料的与地震预测相关的物理模型发展过程，并对当前形变观测资料在地震预测研究中的应用进行介绍。在此基础上，给出基于形变资料的强震综合预测思路及需要关注的问题。未来一段时间，建议从形变监测角度解决典型构造区密集观测与通用大地测量模型的构建问题；从科研角度开展高分辨率应力/应变场获取方法及其与地震关系的研究，深入研究并获得我国地壳粘滞性结构分布，强化研究活动地块/典型构造区的变形机理，开展断层滑动速率、闭锁程度/滑动亏损分布的可靠获取方法及模型研究，强化典型部位连续观测异常模式识别及机理研究。监测和科研的核心问题是为断层变形机理提供有效的观测约束并构建定量力学模型，相关工作是深入理解地震过程和推进强震物理预测的关键所在。
     

零漂改正对中国地壳运动观测网络重力数据处理的影响

基于中国地壳运动观测网络2000年流动重力观测数据,分析18台LCR-G型相对重力仪的零漂特性。结果显示,重力仪零漂率在某些时段变化较大,最大达10 μGal/h以上。根据重力仪零漂改正的不同处理方法,利用传统平差模型与改进模型对观测数据进行平差计算,并对结果进行比较。在相同先验中误差的情况下,传统平差模型的后验中误差为39 μGal,重力值平均精度为26.5 μGal,而改进模型的后验中误差为16.5 μGal,重力值平均精度为11.2 μGal,远高于传统平差模型。在数据预处理阶段按闭合观测分段进行零漂改正,可以有效消除重力仪零漂剧烈变化的影响,明显优于将仪器零漂率当作固定参数的计算方法。     

自动气象站与人工观测数据差异的原因分析

通过对气压、温度、雨量、湿度、风向风速等气象基本要素进行人工观测与自动观测所获得的数据进行比较计算，分析了两种观测资料的差异，以及人工与自动观测数据差异的诸多原因，其中包括仪器的测量原理与观测方法不同，观测时间和空间不同，观测方式与计算方法不同，观测时次不同等等。     

灰色稳健总体最小二乘估计及高铁路基变形预测

最小二乘估计和部分变量误差模型的总体最小二乘估计不具备抵御粗差的能力。鉴于粗差可能同时出现在灰色白化微分方程的观测值和系数矩阵中，本文提出基于IGGⅢ抗差方案的部分变量总体最小二乘稳健估计。结合仿真数据和高铁路基观测数据，系统地比较稳健最小二乘、部分变量总体最小二乘、本文算法参数估计结果和算法稳定性。结果表明，本文算法预测精度高，可以应用到高铁路基沉降预测中。     

不同海潮模型对中国沿海区域海潮负荷位移改正影响分析

选取FES2004、EOT11a、TPXO7.2和Chinasea2010等4个海潮模型，首先通过矢量差评价不同海潮模型的潮波参数差异，然后利用中国大陆构造环境监测网络23个沿海测站的GNSS连续观测数据，通过计算不同海潮模型改正前后GNSS时间序列的wRMS，评价基于不同海潮模型的海潮负荷位移改正的有效性。结果表明，不同海潮模型的潮波参数存在mm级差异，且沿海区域差异远比内陆区域显著。此外，海潮负荷改正对中国沿海区域测站坐标时间序列wRMS影响较大，大部分测站坐标时间序列进行海潮负荷改正后，wRMS减小10%~70%；改正后wRMS改善幅度与测站所属区域有关，东海沿岸测站wRMS的改善较渤海、黄海和东海沿岸测站更显著，可减小50%以上；wRMS改善程度的模型间差异为1%~2%，其中基于FES2004模型的改正对序列wRMS的影响最大，可达67.5%。     

沉降监测数据管理与分析系统的研制

沉降监测是对变形监测体进行定期的观测，然后应用平差和数理统计理论,对观测数据进行分析、判断。在简要叙述了沉降监测的基本原理上，给出了沉降监测数据管理及分析系统的结构，并对各模块的功能作了简单的介绍。     

沉降观测AR模型的不确定性平差算法

在沉降观测过程中,获取的数据经常存在着不确定性,影响参数估计的可靠性和沉降预测的准确性。把不确定度作为参数融入AR模型,建立基于AR模型的不确定性平差模型。依据残差中不确定性传播规律,利用min-max估计准则,使得残差中的最大不确定度达到最小,从一个新的角度探讨不确定性观测数据的处理方法,得到基于不确定性算法的AR模型,扩展了现有误差理论。通过沉降实例进一步验证算法的优越性。     

利用PoPS软件处理分析南口形变监测网的资料

本文利用PoPS软件处理了北京南口形变监测网1989年10月用WM101单频GPS接收机观测的资料及1988、1989年地面精密激光测距平差后的资料,介绍了GPS数据的筛选方法,分析了该网GPS观测结果的精度。通过三期观测结果的对比,有力地说明在小网中单频GPS测量精度至少可达到与地面测量结果相当的精度,表明在短距离水平形变网的监测中采用单频GPS接收机进行观测是可行的。     

基于量子纠缠时钟测量的抗差卡尔曼卫星钟差预报

基于纠缠光子对二阶相关函数的时间特性分析,设计时钟同步测量方案,并考虑传播过程中色散效应及衰减等对精度的影响。该方案可提供均值1 ns、精度0.01 ns的同步信息。利用该方案获得观测数据,结合顾及哈达玛方差的抗差卡尔曼方法估计出卫星钟差模型系数,进行钟差预测。仿真表明,该方案预测精度与IGS预报星历产品精度相当,且钟差初始值更精确。     

凭祥台地倾斜资料初步分析

本文利用“周期分析法”对凭祥台地倾斜历年观测资料进行了分析。根据分析结果,认为该台主要受到温度、持续大的降雨干扰因素的影响;并对距台站180公里内5.0和5.9级两次地震作了分析,试图探讨该台站目前倾斜观测手段的监测能力。     

改则Ms6.9地震InSAR同震形变场模拟

以InSAR同震形变场为约束，采用各向同性弹性半空间位错模型，利用试错法对2008年西藏改则县扎西错\%M\%s6.9地震断层几何形状进行格网搜索寻优模拟。观测值离散化得到1 010个数据总集，并重采样80次得到80个数据子集，每个子集之间存在微小的噪声差异，采用Bootstrap方法进行80次搜索寻优。首先用单断裂矩形断层模型进行模拟，最大残差为30 cm。然后用双断裂矩形断层模型进行模拟，最大残差为15 cm。双断裂模型反映了观测形变场的基本特征，并与地震资料符合。根据80次搜索寻优得到主断裂倾滑量95%置信区间为1.6~2.4 m。模拟表明，地表变形是主、余震两次破裂的结果。实际观测和数值模拟结果表明，InSAR可以作为监测青藏高原大陆动力学的有效技术。     

利用重力资料精化大陆岩石圈热结构的理论模型

由于地表观测大地热流值的精度较低 ,并且测点分布不均匀 ,加之我们对地球内部介质热学参数随深度分布的了解也很模糊 ,因此 ,由通常解热传导方程获得的岩石层温度模型比较粗糙。本文提出一种利用重力异常资料精化传统的单纯依赖地热资料确定岩石层温度模型的方法 ,并对方法的有效性与局限性进行了讨论。     

固体潮观测数据的滤波预处理方法

本文提出了一种固体潮观测数据的预处理方法，组成了三组长度分别为４８小时、４４小时和５小时的滤波器，它们能够有效他们除固体潮观测小的所有潮汐和漂移成分，而只保留包括人为错误和环境干扰等引起的非规则畸变。利用它们对观测数据滤波后，根据统计原理可检测出错误数据和畸变。通过本文的工作，得到如下结论：（１）此方法计算简单，通用性强；（２）滤波值满足正态分布，（３）４８小时滤波器可实时计算作为资料判断标准的单位权方差且可估计资料段质量；（４）５小时滤波器对固体潮观测中几种典型的突跳方式（连续型、隔点型和孤立型）均有良好的检测和定位效果；（５）能检测出对调和分析结果有明显影响的含漂移畸变的资料段。     

形变网的分段线性动态平差

本文介绍形变监测网有多期重复观测资料的一种分段线性动态平差方法。给出了分段线性形变模型的一般表达式,由此得到水准网、测边网计算位移的误差方程式以及水平形变网计算各种应变分量的误差方程表达式。与目前采用的各种动态平差方法比较,分段线性动态平差顾及了观测过程中地壳或点位运动对观测值的影响,可改善平差结果,更合理地估算观测精度,特别在求位移解时尤为明显。因而这种方法可更有效地应用于地震监测预报及形变监测研究。此外,也适用于计算其他各种动态过程,例如复测重力网的动态平差等。文中给出了一个应变算例。     

基于星间链路体制的北斗卫星时间同步可行性分析

BD-3试验星上搭载了Ka频段星间链路（ISL）设备，可进行Ka波段对地观测。推导了星间链路时分观测体制双向时间同步的数学模型；以ISL星地观测数据为样本分析ISL体制时间同步的可行性，并与L波段观测结果比对。结果表明，ISL体制钟速拟合参数与L波段结果一致性较好，7 d和3 d弧段拟合精度在1 ns以内，1 d和1 h弧段拟合精度均在0.2 ns以内，较L波段拟合精度有所提高,其中1 d为最优拟合时长；利用7 d的实测星地钟差进行向后1 d的钟差预报，结果显示，ISL星地钟差1 d预报误差为2 ns，较L波段预报精度略有提高；最后采用星地星间联合钟差观测，2 d内观测残差为0.52 ns，验证了ISL钟差观测的可行性。     

基于机器学习的高精度高分辨率气象因子时空估计

气象变量常作为重要的影响因子出现在环境污染、疾病健康和农业等领域,而高分辨率的气象资料可作为众多研究的基础数据,对推进相关研究的发展意义重大。本文以中国大陆为研究区域,利用2015年824个气象站点的气温、相对湿度和风速3套数据,结合不同的解释变量组合,分别构建了各自的GAM和残差自编码器神经网络（简称残差网络）模型,以10倍交叉验证判断模型是否过拟合。研究结果表明：① GAM和残差网络方法都不存在过拟合问题,同GAM相比,残差网络显著提高了模型预测的精度（3个气象因素的交叉验证CV R²平均提高了0.21,CV RMSE平均降低了37%）,其中相对湿度模型的提升幅度最大（CV R²:0.85 vs. 0.52,CV RMSE:7.53% vs. 13.59%）;② 残差模型的结果较普通克里格插值结果和再分析资料更接近站点观测数据,表明残差网络可作为高分辨率气象数据研制的可靠方法。此外,研究还发现在相对湿度模型中加入臭氧浓度和气温、在风速模型中加入GLDAS风速再分析资料,可提升模型的性能。     

利用GRACE及气象数据评估GLDAS水文模型在青藏高原的适用性

以青藏高原地区为研究背景，以评估水文模型在该区的影响因素、改善条件及其整体适应性为研究目标，利用GRACE重力卫星对比水文模型模拟的陆地水变化，以及地面气象实测数据对比降雨与温度两项重要指标，采用相关与误差分析法评价水文模型输入参数，将其作为模型预测数据与实际观测数据进行对比分析。结果表明，GLDAS/Noah各项指标与GRACE更为相近，降雨与气温数据除夏冬两季存在幅值差异外，整体上周年幅值与相位都存在较高NSE系数，表明GLDAS模型的降雨及气温输入参数与地面观测数据有较高的一致性。     

GPS测站位移速率的解算方法

对目前4种常用的利用GPS复测资料解算测站位移速率的方法进行了分析，通过实例对比了4种方法的结果。坐标法可以直接利用多期复测结果得到测站大地坐标，但要求坐标在同一参考框架内，并采用相同的参考椭球；基线方法可以消除或削弱观测系统的系统误差，与参考框架无直接关系，但在平差计算时至少要引入1个起算点，起算点高程方向的误差会削弱其他点平面坐标的精度，并进而影响位移速率的精度；在选定不同基准解算位移速率时相似变换方法是十分有效的，但如果复测结果不在同一参考框架中，其结果存在框架不一致所带来的误差；QOCA方法能够综合利用多种观测数据，可以把区域观测数据和全球观测数据稳健地结合起来，在削弱观测期间突变因素的影响方面比其他方法具有便利之处。