变分模态分解及能量熵在地心运动降噪中的应用

针对地心运动时间序列噪声种类复杂，随机性强，信号与噪声难以有效分离等问题，本文采用网平移法对IGS站周解进行解算，得到2012-2018年的地心运动时间序列，并提出了一种基于变分模态分解（VMD）及能量熵的地心运动时间序列降噪方法。首先，对各方向时间序列进行VMD分解，获得各方向高频依次到低频的时间序列分量；然后，计算每个变分模态分量的能量熵，辨识出噪声与信号的分界，并将信号分量进行重构，得到降噪后的地心运动时间序列；最后，通过与基于EMD和EEMD的降噪方法对比，从相关系数、信噪比、剩余能量百分比、方差贡献率等参数评价指标上定量说明该方法对地心运动时间序列降噪表现出更好的降噪效果。     

地表质量负载对格陵兰岛区域GPS站点坐标时序特征的影响

选取ITRF2008框架下格陵兰岛区域12个GPS站2013年1月-2016年12月期间的日解坐标时间序列作为研究对象，并利用极大似然估计分析地表质量负载改正前后各站点的噪声特性、速度场及周期项振幅。结果表明：站点最优噪声模型主要为白噪声+幂律噪声与白噪声+闪烁噪声，地表质量负载形变修正GPS坐标时序后，明显增加U方向闪烁噪声的成分，平均降低其速度约0.36 mm/a，对水平方向影响较小；同时分别降低高程方向44.1%、14.2%的1 a项、0.5 a项振幅，相反，却增加了水平方向的周期项振幅。     

DORIS、GPS和SLR空间大地测量技术导出的地心运动规律

用调和分析法分析DORIS、GPS和SLR 3种空间大地测量技术导出的地心运动时间序列。结果表明:地心长期运动不显著,但存在北向运动趋势,速度小于1mm/a;相对于DORIS和GPS,SLR导出的地心运动更符合地球物理模型计算的结果,用22aSLR数据导出的地心运动在X,Y,Z方向的周年运动振幅分别为2.8±0.2mm,2.7±0.2mm和6.1±0.2mm。     

地心运动对大地坐标的影响及其抗差谱分析

为了明晰地分析地心运动对地面点的水平分量和垂直分量的影响规律，本文首先将地心运动时间序列从空间直角坐标转换到大地坐标，而后用抗差谱分析进行了分析，计算结果表明，地心运动在水平方向和径向都有比较明显的主周期分量，地质质心存在明显的长期北移倾向，地心运动还导致地面点在水平方向有顺时针方向的长期运动。     

利用SLR反演地心运动

为获取地球质心运动,本文利用SLR卫星Lageos1及Lageos2反演了1阶球谐系数,并进一步计算了地球质心,获取了1993年-2006年地心运动时间序列。结果显示:1阶球谐系数C10、C11、S11量级为10-8;地心运动X方向振幅为25.5mm±3.2mm;Y方向变化在28.6mm±2.3mm;Z方向较大为35.0mm±4.3mm。     

用SLR数据导出的地心运动结果

在利用卫星激光测距(Satellite Laser Ranging，简称SLR)资料研究地心运动时，将抗差估计和方差分量估计引入列数据处理中，根据1996年1月至2000年12月的Lageos2观测数据，分别采用直接法和动力法，计算出了2组相对于ITRF2000参考框架原点的地心运动序列。对计算结果进行了分析，得出了地心运动的平均值、变化速率及其周年项、半年项的振幅和相位，并与其他采用SLR资料计算的结果进行了比较。通过比较和分析，发现地心运动存在着近周年和近半年的周期分量，但地心运动的长期变化并不明显。     

地心运动时间序列的抗差谱分析

本文将抗差估计与谱分析相结合，提出了抗差谱分析。用该方法对全球约120个IGS站5年GPS观测结果求得的地心运动时间序列进行了分析，发现地心运动在各方向有不同的主周期变化。X方向受地球物理交叉影响较大，无法分离出对该方向影响较大的主周期变化；而Y，Z方向都有明显的主周期变化。Y方向有明显的年周期变化、半年周期变化、季节性变化和月周期变化，其中，年周期变化的贡献最大；Z方向的主周期是年周期变化、半年周期变化、51天和609天的周期变化。与X，Y方向相比，Z方向振幅明显偏大。     

利用GPS数据反演地心运动

利用IGS提供的重新处理的周解,采用一阶形变法反演了2000～2009年的地心运动。结果表明,X、Y、Z方向的周年项振幅分别为3.72mm,3.06mm和8.95mm;Z方向的相位表明,2月份左右北半球的表面负载最大,8月份左右南半球的表面负载最大,南北半球存在明显的季节性质量交换。     

GPS网平移法反演地心运动研究

本文将CF、CE相对于CM的运动统称为地心运动。利用网平移法对全球分布站的32年的数据,分别进行了CF相对CM、CE相对CM、CE相对CF运动的反演,得到较长的地心运动的时间序列。并与已有地心运动的研究结果进行比较,得出振幅在同一数量级、且相对较小的结果。     

利用GPS卫星轨道确定地球二阶带谐系数的研究

重力恢复和气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)任务受限于卫星的低轨极地轨道性质和编队模式,确定的重力场模型C₂₀项存在不足。与之相比,全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星为倾斜轨道,卫星数量多,将GPS卫星的精密轨道数据作为伪观测值,使用动力学方法进行C₂₀项确定的可行性研究。结果显示,2017年C₂₀项时间序列的平均值比GRACE更接近卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)的结果,且不存在明显的约160 d的周期信号,表明利用GPS卫星解算C₂₀项具有可行性。同时估计了光压模型P1参数,与GAMIT软件解算结果接近,进一步验证C₂₀项解算结果的可靠性。     

由SLR观测的地心周期性运动(1993-2006年)

地球质心(CM)是整个地球的质量中心,地心运动是由地球系统的质量重新分布激励的,特别是流体圈层.利用SLR对LAGEOS 1/2卫星的距离观测,解算1993-2006年期间的地心运动时间序列,然后分别利用小波变换和最小二乘法分析该序列,发现地心运动存在长期和周期性变化.地心的长期运动表明地壳形状在变化.季节性变化是地心运动的主项,主要是由地球流体圈层的质量分布造成的,如海洋、大气和陆地水等.地心运动还存在其他周期性和准周期性变化.地心运动存在2～5年的长周期变化.许多周期都存在渐变,这表明整个地球系统质量和环境存在不规则的变化.

Abstract：

The center of mass of Earth (CM) is the center of total Earth's mass. The geocenter motion may be excit-ed by the mass redistribution of Earth system, especially the fluid layer. A time series of geocenter motion meas-ured with SLR on LAGEOS 1/2 is estimated and then analyzed with the wavelet transformation and the least squaresmethod, respectively. The secular and periodic variations of geocenter motion are detected. The long-term move-ment indicates that the crustal figure is changing, the north hemisphere and 180-degree hemisphere are shrinking, and the south hemisphere and O-degree hemisphere are swelling. The seasonal variations are the main componentswhich may be caused from the mass distribution of Earth fluid layer, e.g. ocean, atmosphere and continental wa-ter, There are many other periodic or quasi-periodic variations. There are long periodic variations through 2 to 5 years, Many periods gradually change, which indicates that there exist nonregular fluxes for the environment and mass of the whole Earth system.     

联合LMD与EMD的GNSS站坐标时间序列去噪方法

针对GNSS站坐标时间序列信噪不易分离的问题,在传统EMD去噪方法的基础上,本文提出了一种联合LMD与EMD的坐标时间序列去噪方法。该方法首先采用LMD分解原始坐标时间序列,基于连续均方误差（CMSE）原则分离高频噪声与低频信号,保持低频分量不变;然后对高频分量进行EMD去噪;最后以2次分解所得低频信号之和作为去噪后时间序列。以仿真数据与8个GNSS基准站实测数据进行试验,通过多种评价指标进行精度评估。结果表明,与传统EMD方法相比,联合LMD与EMD的方法能够更加精确地去除坐标时间序列中的噪声。     

Measuring rapid variations in Earth orientation,geocenter and crust with satellite laser ranging

This analysis was performed with the GEOSAT software developed at NDRE for high-precision analysis of satellite tracking and VLBI data for geodetic and geodynamic applications. To determine the amplitudes of the tidally coherent daily and sub-daily variations in the Earth's orientation, geocenter, and crust, we have analyzed twelve months of SLR tracking data from the LAGEOS I & II and ETALON I & II satellites, obtained between October 1992 and September 1993. Station coordinates and mean geocenter are determined with an accuracy of 1 to 2 cm. Amplitudes of diurnal and semidiurnal variations in UT1, polar motion, and geocenter are determined with a precision of ~2µts, ~20µas, and 1–3 mm in each component. It is demonstrated that it is possible to determine a one-year continuous high-precision series in UT1 using multi-satellite laser ranging.     

一种基于噪声统计特性的改进EMD降噪方法

GPS高程时间序列中通常都含有噪声，容易对GPS信号解算精度造成影响。针对这一问题，本文基于噪声统计特性，提出了一种改进的EMD降噪方法。首先将信号进行EMD分解，得到低频信号与高频噪声两个部分；然后将高频噪声部分随机打乱两次，并与原始高频噪声累加，求取平均值；最后与低频信号累加，构成一个新的信号再次进行EMD分解，提取出有用信号。最终利用模拟数据和WUHN站实测GPS高程时间序列数据对该方法进行验证。试验结果表明，当信噪比较高时，本文方法得到的降噪效果更佳。     

利用MSMPCA去噪的CEEMD方法监测高频GNSS同震形变

考虑到全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)地震信号的非线性和非平稳性,利用一种多尺度多方向主成分分析(multiscale multiway principal component analysis,MSMPCA)去噪的完备总体经验模态分解(complete...     

EMD在GNSS时间序列周期项处理中的应用

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息,具有成分复杂、建模困难、非构造信息难以有效分离等特点,利用自适应的经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明,周期项的修正十分必要,EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性,自适应地提取不同频率、振幅的周期成分,这也更符合实际情况;相较于谐波模型,EMD方法对原始时间序列在N、E、U方向的改正均更加精确有效。使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测,发现经过5～6 a/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度,并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正,验证了EMD方法的稳定性和可靠性,这也为流动GNSS观测实施、周期修正和资料使用提供了参考意见和理论依据。     

多分析中心站坐标产品的综合方法研究

首先介绍了多分析中心产品融合处理的两种综合策略，然后基于解层面的综合策略，提出了站坐标和地球自转参数同时综合的方法。采用国际GNSS服务组织（International GNSS Service，IGS）9个分析中心1 a的数据进行试验，从站坐标、地球自转参数精度以及地心运动3个方面验证了该方法的正确性。结果表明，基于综合方法得到的综合解和IGS综合解处于同一精度水平。站坐标在平面和高程方向的一致性分别为0.5 mm和1.0 mm，极移和极移速率的一致性分别优于7.0×10-6"和40.0×10-6"/d，日长参数优于7.7×10-6 s/d。所提出的综合方法可用于全球连续监测评估系统（international GNSS monitoring and assessment system，iGMAS）的站坐标/地球自转参数产品综合。