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．      

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.     

高频GPS坐标时序的噪声特性分析

为研究高频GPS坐标时序的噪声特性,对芦山地震前后三天,北京时间8:00—9:00,位于四川盆地8个CORS站50Hz的高频观测资料进行解算与分析。分析过程中,分别采用恒星日滤波和主成分滤波分析以及去除时空噪声,并采用功率谱分析经滤波后的坐标时序。结果表明,高频GPS坐标时序的谱指数在1.6~2.0间,符合白噪声+随机游走噪声模型特性。建议当利用高频GPS研究地表运动特性、监测大型建筑的运动结构或确定GPS动态实验平台姿态时,应考虑高频GPS坐标时序的这一噪声特性。     

连续GPS观测中的相关噪声分析

分析了中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列中相关噪声的特性.利用最大似然估计反演了幂指数噪声的谱指数;考察了多种噪声模型,发现除闪烁噪声之外,约50%台站的东分量中的相关噪声可用"随机漫步噪声+一阶高斯-马尔可夫噪声"模型来描述,与其它分析机构产出的全球解并不一致,显示出处理策略的不同能够造成相关噪声的差异.白噪声和闪烁噪声的大小存在明显的地理分异,东南沿海台站的噪声要大于西北内陆台站.考虑相关噪声时,各站的速率估计方差要增大一个数量级以上,水平分量多在1mm/a以内,而垂向分量则较大.     

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.      

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.     

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.     

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。     

GPS位置时间序列中的中长期误差研究

连续GPS(global positioning system)已成为监测地壳形变的主要手段之一,遍布于全球的数千个GPS台站为研究板块运动、断层滑动、强震形变场等提供了可靠的数据。在GPS位置时间序列中还包含了时、空相关的噪声,与构造活动造成的位移混叠在一起,难以分离。     

温度变化对我国GPS台站垂直位移的影响

地表温度变化可以引起GPS台站上安装GPS天线的地表水泥墩内部温度变化,还可以通过热传导的方式引起GPS台站基岩温度变化,从而引起GPS台站垂直位移变化.在中国区域,由GPS台站基岩温度变化引起GPS台站垂直位移变化的周年振幅最大可以达到1 mm;在长江以北地区,此周年振幅一般大于0.5 mm.在我国地壳运动观测网络中的23个GPS基准站中,温度变化对GPS台站垂直位移总影响的周年振幅最大值为2.8 mm,其中13个GPS基准站垂直位移的周年振幅变化大于1 mm.因此,温度变化是引起GPS台站垂直位移周年变化的一个不可忽视因素.     

基于相关分析的飞行器地磁匹配算法仿真研究

匹配算法是进行飞行器地磁辅助制导研究的重要内容之一.通过理论分析和借鉴地形匹配算法,采用了基于相关分析的地磁匹配算法,并介绍了几种常用的相关分析方法.分析了飞行器地磁匹配制导过程中可能的噪声来源,确定了主要噪声的模型.以测量数据作为基准图,以测量数据叠加各种噪声模拟实时图,对各种相关分析方法进行了匹配仿真.根据仿真结果,讨论了各种相关分析方法对不同噪声的敏感程度、匹配长度变化对各种相关分析方法的影响以及各种相关分析方法对飞行器地磁匹配制导的适用性,为相关分析方法的选择和对匹配算法进行更深入的研究奠定了一定基础.     

基于参考台的盲源分离法在抑制地磁场近场噪音中的应用研究

随着城市建设的不断发展,地磁场观测受到的人文干扰越来越严重.汽车、地铁、高铁等产生的近场噪音造成了地磁脉动等空间场源信号难以被精确观测,严重影响了地磁观测资料的实际使用价值.因此抑制这些近场噪音、提取空间场源信号具有科学意义和应用价值.本研究将远场参考法和盲源信号分离法相结合,提出了一种能有效分离空间场源信号和近场噪音的方法.首先,基于仿真分析,我们准确分离了不同特征的源信号,阐明了此方法的有效性.然后,我们将该方法应用于日本千叶地区受电车干扰较为严重的实际磁场观测数据,并选用数据质量较高的KAK国际基准台作为远场参考,实现了地磁脉动和电车干扰信号的分离,并在此基础上对观测台站的近场噪音进行了抑制.这些结果表明基于参考台的盲源信号分离法在抑制近场噪音、提取地磁场信号中是有效的,可能在电磁法勘探中具有潜在的应用价值.     

宽频带地震计的安装

简要介绍了地震噪声的一些特点、环境因素影响宽频带地震计产生噪声的机制,并针对这些特点介绍了安装宽频带地震计的一些隔热保护方法和需要注意的事项,最后从检验系统安装与运行状况的角度,介绍了地震计的标定和台站噪声检测问题,列举了作者在宽频带测震台站建设中的工作实例.     

A microbial growth kinetics model driven by hybrid stochastic colored noises in the water environment

This study develops three microbial growth models in the sewage biodegradation process driven by white noise, colored noise and hybrid noises, respectively. The proposed models are more universal in reflecting the impact of uncertainty on microbial systems, compared with the previous efforts. An improved Box–Mueller algorithm is used to solve the model. The modeling results show that the different noise types have remarkable effects on microbial growth kinetics. To better understanding the insights of various noises affecting the system, the growth process of microbial in the sewage biodegradation process is discussed under different conditions with varied noise properties (i.e. intensity and correlation time). The results indicate that the effect of noise on the microbial growth kinetics decreases with the reduction of the noise intensity and the correlation time. Therefore, a known noise can be relieved by changing the noise intensity or the correlation time. As the model driven by noises is capable of addressing the system’s uncertainty, it is useful in supporting stochastic simulation, risk analysis, and process design of a sewage biological treatment system. Future works may focus on the development of more effective statistical-inference methods for the noises based on observed data.     

利用FG5绝对重力仪观测数据确定重力垂直梯度

本文建立了利用FG5实测数据求解重力垂直梯度的数据处理模型与算法.通过对多次自由落体实验的下落距离拟合残差叠加求均值,发现下落距离观测量中存在明显的有色噪声.通过对有色噪声的建模,并以剩余残差为依据选取可靠的下落时段,解算测站点的重力垂直梯度.利用本文所提出的数据处理方法分别对FG5-214绝对重力仪在两个测站上的观测数据进行处理,以相对重力仪测量的重力垂直梯度结果为参考值,本文处理得到的重力垂直梯度结果相比于未考虑有色噪声并依据经验选取下落时段的解算方法得到了显著改善.     

承德地区形变资料前兆异常特征及映震能力分析

主要通过Nakai拟合、振幅因子以及非潮汐拟合常数3种方法对承德地区各个台站的各形变手段所得数据拟合处理,进行前兆异常分析,同时与该地区异常有效评价范围内的地震联系在一起,分析地震前兆异常与地震之间的关系.通过分台站、分手段、分拟合方法对各形变仪器映震能力进行R值评价,指出了形变异常观测在地震监测预报应用过程中存在的优...     

张家口—渤海断裂带分段活动性研究

利用GPS资料,用地壳运动强度和大空间尺度变形分析了张家口—渤海断裂带的活动性。 结果表明,燕山地块与华北平原的地壳运动强度以张—渤带为明显的分界线,张-渤带以左旋走滑为主。 通过最小二乘配置对GPS资料进行了空间去噪声处理,并建立球面位错模型,反演了张—渤带的11条断层,结果表明: NW向断层以左旋走滑为主; NE向断层中,活动性最强的是以倾滑为主的沧东断裂。 2001—2004年时段与1999—2001年时段相比,张—渤带中西段、西段断层的走滑量略有减小,而其中东段、东段的走滑量有较大程度增大。 这种现象可能与该区域构造应力场有关。     

分频段排干扰方法的建立与应用

在处理连续观测数据过程中,有时信号呈现出周期变化,如固体潮观测值中的潮汐信号等.直接对信号进行处理,如拟合、回归、调和分析等,是最常用的方法.当低频噪声背景和高频噪声均较强时,信号频率域(可称之为有用频段)内的信号被淹没了.直接提取信号较为困难.在这种情况下,本文试图利用分频段排干扰的方法,先将低频噪声和高频噪声分别排除掉,以便于进一步分析处理.本文实例计算表明,通过这样处理的应变固体潮观测资料,突出地显示了固体潮曲线的变化特征,而处理前的资料所对应的观测曲线,其固体潮汐的变化特征被噪声淹没了.     

福建地壳形变GPS基准站选址

利用福建地壳形变GPS基准台选台过程中,在5个站址上得到的24h连续观测数据,计算并分析了各站址背景噪声信噪比,认为福州(农林大学)、南平、泉州、龙岩适宜建站,并提出背景噪声信噪比计算结果可用于评价仪器性能和站址安静程度、反映台网的监控能力,为观测台网的建设提供参考依据。     

山西洞体形变有震异常信息提取方法初探

采用山西省的洞体形变（倾斜）观测资料，使用实效检验较有效的连续形变前兆参量及异常判别方法，结合具体的震例进行综合分析，得出适合山西洞体形变有震异常提取的两种方法即：多台异常信息提取法和相关距平去年周期法，对这两种方法进行预报效能统计检验，得出了它们的R值评分分别为0．40和0．24，其中多台异常信息提取方法R值最高。