香港GPS基准站坐标序列特征分析

利用香港GPS连续运行参考站网络2001年1月至2007年8月的观测资料,全面深入地分析了12个基准站坐标序列特征.本文采用主成分空间滤波算法去除公共误差,来提高坐标序列的信噪比,并采用最大似然估计准则定量估计滤波后坐标序列的噪声特性,计算了地球表面质量负荷（包括大气、非潮汐海洋、积雪和土壤水）对香港GPS基准站坐标序列的影响.研究结果表明：香港GPS基准站坐标序列具有高度的空间相关性,其公共误差具有较强的季节性变化特征;地表质量负荷变化引起的香港地壳形变可以解释公共误差序列中约为3mm的垂向周年变化,经过质量负荷改正后的公共误差序列与高阶电离层误差高度相关;滤波后坐标序列的噪声特性可以用可变白噪声加闪烁噪声模型来描述,顾及闪烁噪声所计算的速度误差要比只考虑可变白噪声计算的速度误差大2~6倍;基准站间存在达1.5 mm/yr的相对水平运动,揭示香港地区存在活动断层;部分基准站坐标具有明显的振幅为1～2 mm本地季节性变化,所有测站的残差序列也表现出强烈的季节性变化.     

南极半岛地区GPS坐标时间序列噪声分析及形变模式初探

有色噪声广泛存在于各种连续GPS站坐标时间序列,对GPS时间序列分析有重要影响.利用GAMIT/GLOBK软件解算了南极半岛地区8个GPS测站2010—2014年的实测数据,对坐标时间序列使用主分量分析法(PCA)进行了空间滤波,利用CATS软件估计了不同噪声模型下和空间滤波前后的噪声量级、站坐标时间序列参数及其不确定度,最后对南极半岛地区水平和垂向的形变模式进行了分析和讨论.结果表明,南极半岛地区GPS时间序列不仅存在白噪声,还存在较大量级的闪烁噪声,部分测站E方向在滤波前可能存在随机游走噪声;空间滤波能够有效降低这三种噪声的量级,从而有效减小线性项和周期项估计的不确定度;南极半岛地区在水平方向主要表现为板块运动,还可能存在局部性构造运动;在垂直方向上由冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment,GIA)因素引起的抬升较小,主要表现为现今冰雪质量损失引起的弹性抬升运动.     

基于有色噪声模型的GPS速度场精度与时间序列长度相关性研究

利用2010—2015年陆态网络GPS连续观测站的三维站坐标时序资料, 在采用最大似然估计MLE方法计算得到云南地区GPS基准站三维站坐标分量最优噪声模型的基础上, 进一步定量对比分析了有色噪声和白噪声模型下陆态网络GPS连续站速度场稳定性与时间序列长度的关系。 结果表明: 在闪烁噪声模型下, 中国大陆大部分地区GPS连续站1 a时段的速度不确定度大。 而随着时间的逐年累积, 闪烁噪声模型下的速度不确定度与同时段白噪声模型下的差异逐步减小, 闪烁噪声模型下3～4 a时段的速度不确定度与同时段白噪声模型的差异小于0.2 mm。 研究说明在有色噪声模型下要获得高精度的速度场需要3～4 a的观测数据, 白噪声模型下GPS速度场精度可靠可信的前提是采用不少于3～4 a的数据。     

连续观测站的噪声分析

分析了中国地壳运动观测网络在全国布设的27个GPS连续站开始运行以来至2005年11月的站坐标时间序列. 在对数据进行清理的基础上， 分析了各站坐标分量噪声的功率谱密度， 计算了表征各分量的噪声特性的谱指数. 谱指数显示， 大部分站的各坐标分量时间序列的噪声可以用白噪声+闪烁噪声的模型来描述， 少部分则可用白噪声+闪烁噪声+随机漫步噪声的模型来描述. 采用最大似然估计准则， 定量估计了模型中的各噪声分量. 结果表明， GPS站坐标时间序列中白噪声甚至不是噪声的主要成分. 因此， 仅顾及白噪声得到的测站运动参数的误差估计， 实际上是过高的， 或者说是过于乐观的. 相应地， 对这些运动参数作出解释时， 如果不充分考虑这一因素， 有可能会对读者产生误导.      

GPS坐标时间序列中非构造噪声的剔除方法研究进展c

GPS台站坐标解算中包含多种地球物理参量造成的不确定性、系统误差和随机噪声．回顾了GPS台站坐标噪声分析的研究进展,包括功率谱分析、最大似然估计、区域叠加滤波、主成分变换以及质量负荷下的地壳弹性形变模拟等,并讨论了各种方法在分析噪声的类型和强度、共模误差（common-mode errors）的物理起源等方面的作用及局限性,展望了下一阶段的研究思路．      

GPS坐标时间序列中非构造噪声的剔除方法研究进展

GPS台站坐标解算中包含多种地球物理参量造成的不确定性、系统误差和随机噪声.回顾了GPS台站坐标噪声分析的研究进展,包括功率谱分析、最大似然估计、区域叠加滤波、主成分变换以及质量负荷下的地壳弹性形变模拟等,并讨论了各种方法在分析噪声的类型和强度、共模误差(common-mode errors)的物理起源等方面的作用及局限性,展望了下一阶段的研究思路.     

澳大利亚GPS坐标时间序列跨度对噪声模型建立的影响分析

坐标时间序列跨度对噪声模型建立存在较大影响。本文利用澳大利亚板块内10个连续GPS测站1998年1月至2009年7月的观测资料,采用4种策略分别以2.5年和递增的时间间隔,全面深入地分析了10个坐标时间序列的噪声特性变化,以及对应的速度及其不确定性的变化情况。通过分析10测站的噪声特性,发现采用假设白噪声加闪烁噪声组合的噪声模型与采用假设幂律过程的噪声模型具有等效性,其速度不确定性从时间跨度～9.5年开始趋于并且优于～0.2mm／a。同时,结果表明：采用长于9.5年的时间序列可以改善噪声对位置时间序列中速度以及不确定性的影响;并且在该区域不适合采用去除共模误差的空间滤波方法对时间序列进行处理;描述这些时间序列水平分量的最优随机模型为采用白噪声和闪烁噪声的组合。     

基于非线性运动分析的CGCS2000下我国CORS站运动特征

CGCS2000(中国地心坐标系统2000)下CORS(全球导航卫星系统连续运行参考站)站的非线性运动主要受到地壳非构造形变信息、框架点公共误差信息和观测误差信息的组合影响,分析我国CORS站坐标时间序列中包含的非线性运动信息是维护CGCS2000坐标框架精确性、可靠性的基础.本文研究方法首先采用国际卫星对地观测数据及相关地球物理模型,计算了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此修正了这些非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响.其次采用主成分空间滤波算法(PCA)提取质量负荷改正后的CGCS2000坐标框架公共误差(Common Mode Errors, CME)的时空特性.最后采用最大似然法定量估计了负荷改正和滤波后的国家CORS网坐标时间序列的噪声特性,采用加权最小二乘法评定了考虑不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度.     

利用高频GPS进行地表同震位移监测及震相识别

结合日本3.11大地震,利用近震区和远震区若干测站的高频GPS观测数据,采用动态精密单点定位技术分析了强震时复杂的地表运动时序,获得了地表同震位移.在此基础上提出利用S变换对高频GPS地震波进行震相识别,有效拾取了P波初至,反演了P波传播速度并与地震仪数据、USGS提供的参考值进行了对比和分析,为后续地震应急、地震预警提供了重要的、科学的决策依据.     

高频GPS单历元精密定位及GPS地震学的研究进展

本文综述了高频GPS单历元精密定位的发展历史、数据处理、恒星日滤波和空间滤波、以及观测精度和噪声特点,并着重介绍了由此衍生的GPS地震学的发展状况.随着观测技术和单历元数据处理方法的不断提高,特别是多系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo和BEIDOU)的融合以及卫星轨道和卫星钟差改正等高精度定位产品的实时发布,高频GPS精密定位技术将在地震科学领域的应用迎来广阔的发展前景.     

顾及共性误差的南极半岛地区连续GPS站坐标时间序列分析

共性误差是区域连续GPS网络中存在的一种与时空相关的主要误差源.对区域网络使用空间滤波能够有效减小这种误差并改善坐标时间序列的精度.本文使用GAMIT/GLOBK 10.5软件解算南极半岛区域11个GPS测站2010—2014的数据,各测站独立估计的单天解组成坐标时间序列.利用堆栈法(stacking)、主分量分析法(principal component analysis,简称PCA)和Karhunen-Loeve展开法(KLE)对其进行空间滤波,在利用PCA和KLE方法进行空间滤波时,使用前两个主分量作为共有模式分量.结果表明:三种方法均能有效提取南极半岛区域共性误差,PCA方法的滤波效果明显优于stacking方法,略微优于KLE方法;空间滤波能够有效减小残差时间序列的振幅、功率和RMS;对坐标时间序列进行空间滤波能够有效降低其线性项和周期项误差,从而提高线性项和周期项估计的精度.共性误差的谱分析结果显示在U方向上存在9.4天、13.7天等短周期的信号,推测共性误差组成成分中可能含有与海潮相关的误差源.     

Effect of the span of Australian GPS coordinate time series in establishing an optimal noise model

The span of coordinate time series affects the determination of an optimal noise model. We analyzed position data recorded for 10 continuous Global Positioning System(GPS) sites from 1998.0 to mid-2009 on the Australian Plate to estimate the best noise model and thereafter obtain the true uncertainties of the velocity, employing the maximum likelihood estimation(MLE) method. MLE was employed to analyze the data in four ways. In the first two analyses, the noise was assumed to be a combination of flicker noise and white noise for the raw time series and spatially filtered time series. In the final two analyses, the spectral indices and amplitudes were simultaneously estimated for a power law noise plus white noise model for the raw time series and spatially filtered time series. We conclude that the noise model of GPS time series in Australia can be best described as the combination of flicker noise and white noise. Velocity uncertainties fall below ~0.2 mm/yr when the time span exceeds ~9.5 years. A comparison of noise amplitudes and maximum likelihood estimation values between the raw and spatially filtered time series suggests that traditional spatial filtering to remove common-mode errors might not be applicable to the raw time series of this region.     

汶川地震前后四川区域GPS时序特征演变及统计分析

为探索地震事件对GPS坐标时间序列的长周期影响,对汶川地震前后四川GPS观测网络长约10年的解算成果进行了多参数模型噪声特征分析.基于最大似然估计方法和频谱特性分析,提取了地震前后各测站坐标序列中的噪声分量,使用Λ-统计检验,得出"白噪声+闪烁噪声"模型可以作为四川GPS区域观测网络的最优噪声组合模型,同时,地震事件使得地震前后GPS噪声分量中的白噪声、闪烁噪声、随机游走噪声等发生显著改变,说明传统谱噪声分析中简单地将地震数据拼接在一起并进行统一处理的模式并不可取;使用共模误差分析方法、区域速度场变化趋势等信息对地震前后噪声模型的改变成因进行了初步的物理解析.     

Analysis on the noises from continuously monitoring GPS sites

In this paper,we analyze the time series of site coordinates of 27 continuously monitoring GPS sites covered bythe Crustal Movement Observation Network of China over the whole country.The data are obtained in the periodfrom the beginning of the observation to the November of 2005.On the basis of data processing,we analyze thepower spectrum density of coordinate component noise at each site and calculate the spectral indexes manifestingthe noise property of each component.The spectral indexes indicate that for most sites,the noise of time series ofeach coordinate component can be addressed by the model of white noise flicker noise;and for a small amountof sites,it can be described by the model of white noise flicker noise random walk noise.We also quantita-tively estimate each noise component in the model by using the criterion of maximum likelihood estimation.Theresult shows that the white noise in the time series of GPS site coordinates does not constitute the main part ofnoise.Therefore,the error estimation of site movement parameters is usually too small,or too optimistic if weconsider the white noise only.Correspondingly,if this factor is not fully considered in explaining these movementparameters,it might mislead the readers.     

基于多通道奇异谱分析的GNSS坐标时间序列共模误差的提取

共模误差是区域连续GNSS网中存在的一种与时空相关的主要误差源.为了有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度,本文提出了利用多通道奇异谱分析（Multi-channel Singular Spectrum Analysis,MSSA）提取共模误差的新思路,并利用实验区域18个测站9年（2002年到2010年）的GPS坐标时间序列进行实验,分析了共模误差对时间序列的影响和测站噪声特性的影响,并对共模误差序列进行周期探测,结果显示：通过MSSA能够有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度.     

Epicenter and magnitude of large earthquake determined from high-rate GPS observations: A case study of the 2008 M8.0 Wenchuan earthquake

For earthquake and tsunami early warning and emergency response,the earthquake epicenter and magnitude should be determined rapidly and correctly.Using high-rate GPS observations,we can readily obtain precise and high resolution displacement time series and the seismic waveforms during the earthquake.In this paper,a new algorithm is proposed for estimating the earthquake epicenter and magnitude with the seismic waveforms derived from high-rate GPS data during the earthquake.A case study of the 2008 Wenchuan earthquake is conducted from 1 Hz GPS data and the epicenter and magnitude are determined.Compared with the results issued by the China Seismological Bureau,the estimation error of the epicenter and the magnitude is about 12 km and 0.1 magnitude unit,respectively.It has shown that high-rate GPS could be a new tool feasible for estimating the earthquake epicenter and magnitude,independent of or combined with seismometers.