利用卫星激光测距技术研究全球垂直地壳运动的参考基准

当前地震、地质灾害等现象的频繁发生,表明对于地壳运动尤其是垂直方向的研究是迫切而必需的,而研究垂直地壳运动的一个重要前提就是其参考基准的确立。针对目前国内外对于全球垂直地壳运动参考基准不统一的现状,分析了研究全球统一的垂直地壳运动参考基准的必要性,提出将ITRF2008框架下获取的SLR的垂向速度场作为全球垂直地壳运动参考基准的方案,论证了该方案的合理性,并利用GPS和VLBI的观测数据,求取了其速度场与SLR垂直基准之间的系统差,分析了产生不同大小且方向各异系统差的原因,实现了各速度场与全球垂直地壳运动参考基准的统一。由于该基准包含了较为丰富的地球物理信息,具有可发展、可提高以及直接相对于地球质心等特性,因此,我们推荐将ITRF2008框架下SLR技术获取的垂向速度场定义为全球垂直地壳运动的参考基准。     

以ICE-4G模型为地壳垂直运动基准的研究

假定冰期后地壳回弹模型沿垂直方向的运动定义为相对于地球质心的运动,则利用空间测量技术建立的ITRF2005速度场与冰后地壳回弹的地球物理模型ICE-4G速度场之间存在系统差.则本文对它们之间的系统差进行了求解,从而得出如果以地球物理模型ICE-4G为地壳垂直运动基准,则ITRF2005框架就相对于地心存在沿北纬13°,东经241°方向,每年约0.12mm的平移运动。     

ITRF2005:基于测站位置和地球自转参数的最新地球参考框架

与之前的国际地球参考框架(ITRF)将全球长期解作为输入数据进行组合不同,ITRF2005将测站坐标(卫星技术每星期的数据和VLBI每24小时的数据)和每天的地球自转参数(EOPs)作为输入数据。使用测站位置时间序列的优势在于可以监控测站的非线性运动和非连续性,并检验框架物理参数即原点和尺度的时变特性。ITRF2005原点定义为:相对于由SLR技术13年的观测数据所得的地球质心的平移和平移速度为零;尺度定义为:相对于由VLBI技术26年的观测数据所得的尺度及其变化率为零;ITRF2005的定向(2000.0历元)及其速率与ITRF2000中70个高质量的测站一致。ITRF2005原点(2000.0历元)及其速率相对于ITRF2000沿X,Y,Z轴在0.1,0.8,5.8mm和0.2,0.1,1.8mm/y的水平上一致,其分量的误差分别为0.3mm和0.3mm/y。两个参考框架原点间一致性差可能是因为SLR网的几何图形差。ITRF2005组合中包含了84个并置站,尺度的不一致性在2000.0历元为1ppb(赤道处为6.3mm),SLR和VLBI由各自时间序列堆栈得到的长期解之间尺度不一致性为0.08ppb/yr。这些不一致性可能是因为SLR和VLBI网形差、并置站质量不好、局部联系的不确定性、系统误差影响以及数据分析中模型改正的不一致性。ITRF历史上,ITRF2005第一次采用了紧组合的方式给出了与之相一致的EOP序列,包括由VLBI和卫星技术得到的极移和仅从VLBI得到的UT和日长数据。     

基于 EEMD 和 Husrt 指数的 GNSS 基准站的垂向速率估计

连续的全球卫星导航系统(GNSS)基准站的坐标时间序列中包含了复杂的噪声信号、非构造形变及其它因素的影响,尤其在垂直方向,对GNSS基准站在国际地球参考框架(ITRF)下的运动速率估计产生了较大的干扰。为进一步提高速率精度,文中采用整体模态分解(EEMD)方法对GNSS基准站的垂向观测时间序列进行分解,并根据各种信号的Hurst值进行分类及重构为噪声信号、季节性信号和长期趋势信号,采用最小二乘方法拟合长期趋势信号得到垂向速率。通过对中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)的GNSS台站从2001—2013年近13a的垂向坐标时间序列的实例分析,采用基于EEMD和Husrt指数的最小二乘法能够准确地估计GNSS基准站的垂向速率。     

陆态网络GNSS基准站地壳运动速度场分析

针对中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)中观测数据处理的期数过少或解算成果的坐标系统不统一等问题,该文在ITRF2008中对陆态网络239个GNSS基准站从2010年1月至2013年8月的观测数据进行解算,获取站点的坐标时间序列,估计了站点的水平和垂直运动速度场,并分析了中国大陆地壳运动特征。结果表明:GNSS基准站在ITRF2008中的坐标时间序列整体上符合线性变化趋势,东西方向的幅度变化大,高程方向受观测噪声的影响较大一些;高程方向相比较水平方向的年周期性更为明显;水平速度场明显有自西向东运动的趋势,且西藏块体中测站变化最为明显;垂直运动速度场中,华中、华南、华东块体中测站存在较低速率的下降,其他块体的测站存在较低速率的隆升。     

相似变换模型在参考框架基准实现中的应用

详细探讨了相似变换在地球参考框架的基准定义实施中的相关模型及方法。利用四种空间大地测量技术（GPS、SLR、DORIS、VLBI）在2000．0历元的站坐标组文件,对ITRF2005的内符精度进行了实验评价。     

云南及周边地区GNSS数据处理方法优化

采用麻省理工学院开发的GAMIT／GLOBK软件,将2015年-2016年全球347个IGS站观测数据分七个子网解算,得到一个固定的参考框架来解算云南及周边地区的35个全球卫星导航系统（GNSS）基准站的坐标,测站坐标均方根误差水平方向在0.7 mm以内,垂直方向在0.3 mm以内,水平方向的坐标重复性精度在5 mm以内,垂向坐标的重复性精度大多数在2.5 cm以内;与在ITRF2014下解算的测站坐标、基线长度、水平速度场结果对比表明:测站坐标存在系统误差,水平方向上的差异在8.5 mm以内,垂直方向上在3 cm以内;基线长度差异在2 mm以内,水平速度场在数值上存在毫米级的差异,方向上基本一致．      

ITRF2000和新的全球板块运动模型

地学工作者一直关注的ITRF2000地球参考框架初步结果已于2001年3月19日公布.ITRF2000综合了VLBI、SLR、LLR、GPS和DORIS技术,产生736个点位坐标和54个核心站.文中介绍了ITRF2000,并利用ITRF2000综合解的结果计算全球板块的欧拉矢量,建立了基于空间实测数据基础的最新全球板块运动模型.     

一种适用于CGCS2000坐标框架的多源数据融合方法

针对单一的GPS技术并不能准确地确定地球质心,无法真正地实现地心坐标参考框架,为了满足CGCS2000坐标框架对高精度地球质心和高精度尺度基准的需求,未来的CGCS2000坐标框架将是多源空间大地测量技术融合的组合框架,该文提出了一种适用于CGCS2000坐标框架,并基于GPS、VLBI、SLR等大地测量技术的数据融合方法,利用该方法进行多源大地测量观测数据融合得到组合坐标框架,将得到的结果与ITRF综合解进行比较。结果表明:GPS、VLBI、SLR测站各方向坐标平均误差值约20mm,速度场各方向平均误差约1mm/a,水平方向速度场误差小于垂直方向速度场误差,误差较大的测站多居于板块分界带及其边缘。基于实验结果表明,该方法可以满足CGCS2000坐标框架对多源数据融合的要求。     

ITRF2000和新的全球板块运动模型

地学工作者一直关注的ITRF2000地球参考框架初步结果已于2001年3月19日公布，ITRF2000综合了VLBI、SLR，LLR，GPS和DORIS技术，产生736个点位坐标和54个核心站，文中介绍了ITRF2000，并利用ITRF2000综合解的结果计算全球板块的欧拉矢量，建立了基于空间实测数据基础 的最新全球板块运动模型。     

“陆态网络”并址站归心基线精密解算及GNSS基准站数据处理

<正>国际地球参考框架ITRF的解算需要全球导航卫星系统GNSS、甚长基线干涉测量VLBI、人卫激光测距SLR和多普勒卫星定轨和无线电综合定位DORIS技术的观测数据,以及各种技术的并址站归心基线。为了精确确定并址站的空间归心基线及其协方差信息,本文研究了GNSS/VLBI/SLR并址站的解算理论与方法,解算出中国大陆构造环境监测网络CMONOC("陆态网络")7个并     

利用GNSS数据分析大港验潮站地壳沉降

青岛大港验潮站的地壳沉降关系到该站平均海平面的绝对变化,因而也就关系到我国高程基准面的变化。本文利用青岛GNSS基准站约10年的观测数据对该站的地壳沉降变化进行分析。首先将青岛GNSS基准站纳入由50个国际IGS站和43个国内陆态网络基准站组成的全球网中,进行单日松弛解和单日约束解解算,获得该站坐标时间序列。然后对该站垂向坐标时间序列进行分析,利用粗差探测、偏差探测、趋势项分析、频谱分析等方法对粗差、偏差、趋势项和周期项进行探测、分析,并通过时间序列模型估计获得时间序列中的周期项振幅和偏差估值。分析表明青岛GNSS基准站垂直方向近一段时间未发现存在显著性的地壳沉降变化,但受到比较明显的周年和半周年周期变化影响。结合青岛大港验潮站验潮数据分析结果得出结论:青岛大港验潮站平均海平面的绝对上升速率是1.62mm/a。     

中国VLBI网测站参数解析

介绍了利用OCCAM软件处理中国VLBI网(CVN)4台站常规天体测量与大地测量观测资料的解算方案,包括参数设置、模型选取和数据编辑等。通过单次实验解算和联合平差,获得了ITRF2000下参考历元J2010.0时昆明和北京站cm级的站坐标及mm级每年的站速度。解算值相对于嫦娥一号工程期间采用值的推算值,坐标改正最大至51.9cm,速度改正最大至11.5mm·a-1。     

山西CORS网基准站速度场分析

利用GAMIT/GLOBK软件处理山西CORS基准站2009-05～2011-02期间将近2a的数据,确定了基准站的坐标时间序列和速度场,并分析了山西省地壳运动。结果表明,山西CORS基准站在ITRF2005框架下水平方向运动的平均速率为33.97mm·a-1,运动方向为SEE110.55;相对于欧亚板块的水平方向运动的平均速率为6mm·a-1,运动方向为SE130.69。此外,SXCORS基准站在ITRF2005框架下的垂直速度场的变化规律为绝大多数地区发生沉降,且南部地区的沉降速率大于北部地区,沉降的主要原因是由于地下水的长期开采和超采以及煤炭的开采,并且该现象在南部地区更为严重。     

VLBI归心测量中的空间拟合

简要介绍VLBI归心测量的实施步骤,并较系统地推导有关的空间曲线、空间直线和空间平面等空间拟合公式。在VLBI归心测量的GPS控制点测量方面,提出联合陆态网基准站和全球IGS站的协方差阵,统一平差解算控制点在ITRF框架下的坐标的方法,并指出这种方法更适用于VLBI归心测量。     

大气负荷对我国GNSS站地壳垂向形变影响分析

为了研究近年来我国GNSS基准站地壳大气负荷垂向形变细部特征,使用格林函数积分及简化方法对中国大陆构造环境监测网络中的6个基准站共计36个月的大气负荷效应进行了计算和分析,结果表明,大气负荷是造成地壳非构造垂向形变的重要因素,大气负荷效应引起的地壳垂向形变量的区域性差异及垂向形变量在我国东北部和西部新疆地区为最大,大气负荷效应改正可使GPS垂向精度进一步提高。      

基于空间技术实测数据的板块构造运动研究

将ITRF2008解算结果 GPS、SLR、VLBI实测站速度信息和北美CORS网络、中国陆态网络、欧洲CORS网络站速度信息进行基准统一,联合解算IERS组织划定的全球14个主要大陆板块的欧拉矢量,对原有的板块运动参数进行精化;提出了基于最小二乘法的海量台站选择方法,实验结果表明,该台站选取方法能够有效提高海量台站的筛选效率和可靠性。稳定台站的数量越多,分布越均匀,越能够体现板块运动的现势性。     

京津地区GNSS坐标时间序列噪声特性研究

针对地表质量负荷对京津地区GNSS坐标时间序列噪声特性的影响,选取中国大陆构造环境监测网络8个GNSS基准站2012—2014年的坐标时间序列,利用CATS软件计算大气压、非潮汐海洋、积雪和土壤湿度等质量负载改正前后GNSS坐标时间序列的谱指数、最优噪声模型、速度的变化。发现地表质量负载对GNSS坐标时间序列的噪声特性产生了明显影响。结果显示,京津地区GNSS坐标序列包含白噪声和有色噪声,且最优噪声模型具有多样性。扣除质量负载后N、U分量的噪声模型变化明显,主要表现为FN+WN和PL+WN,而N、E分量的谱指数分别趋近于FN和WN。质量负载改正后基准站U方向的线性速度变化较大,且北京地区变化量大于天津地区。研究结果为提高GNSS数据解算精度、精细分析地壳形变提供参考。     

利用GPS基准站数据浅析我国地壳垂直运动

应用国内GPS基准站1999-2005年共？年的垂直位移时间序列数据,浅析我国的地壳垂直运动。粗略地分析GPS基准站的垂向位移分量时间序列,表明地壳垂直运动受到多种因素的影响。     

利用VLBI、SLR技术建立我国地球参考框架

本文首先概述了VLBI、SLR数据的特点,给出了建立地球参考框架的模型;通过对模型中参数的协方差分析,得出了利用10～15个良好分布且具有高精度站坐标的VLBI站就可建立和维持精度为苦干厘米的我国最佳地球参考框架的结论;最后,提出了利用VLBI站和国内现有SLR固定站的并置观测建立我国VLBI/SLR地球参考框架的这一途径,并对此框架的作用进行了探讨。