GPS精密相对定位中用分段线性法估算对流层折射偏差的影响

在概述对流层折射的基础上,介绍了分段线性方法及其理论,然后根据实测数据,利用此方法进行比较分析,得出对流层折射对中等长度基线所构成的ＧＰＳ网存在着尺度上的影响,这一影响可分为两部分：固定误差和比例误差。但主要体现在尺度误差的比例部分上,大约为０．５×１０＾－８。     

GPS测量大气折射模型研究

在精密ＧＰＳ测量中,大气折射改正误差是最大的误差源之一。研究大的射理论,建立更加符合实地的模型,推导精确的改正公式,已成为ＧＰＳ测量研究中最重要的课题之一。本文对大层折射理论进行了深入研究,建立了新的在气层模型,推导出新的更精确的折射改正公式。     

两种精化的对流层延迟改正模型

对流层延迟是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)导航定位中的重要误差源,其量值主要受气象条件影响.采用传统对流层建模思路,利用GPT2模型来提供相对准确的气温、气压和相对湿度,然后利用Saastamoinen模型来计算天顶对流层延迟,由此构建了GPT2+Saas模型;采用新的对流层建模思路,直接针对天顶对流层延迟的时空特性建模,构建了与GPT2+Saas模型相匹配的GZTDS格网模型.以GGOS Atmosphere格网数据为参考,GPT2+Saas模型(Bias: 0.2 cm; RMS: 4.2 cm)和GZTDS模型(Bias: 0.2 cm; RMS:3.7 cm)较UNB3m模型精度分别提升34%和43%.以IGS (International GNSS Service)数据为参考, GPT2+Saas (Bias: 0.5 cm; RMS: 4.7 cm)和GZTDS (Bias: -0.3 cm; RMS:3.8 cm)相对UNB3m模型精度分别提升10%和27%.针对GPT2+Saas模型在少数测站出现精度异常的情况进行了研究,探讨了可能的原因.在两种不同思路构建的精化对流层模型中,GZTDS模型不仅表现出更高的精度,而且在时间稳定性和地理稳定性上也表现出优越性.     

区域实时对流层网格模型构建及在精密单点定位中的应用

受制于对流层延迟建模方法和建模背景场精度及时空分辨率的影响,目前实时对流层延迟模型的精度和稳定性都有待进一步改善.本文利用甘肃及周围地基共计184个GNSS (Global Navigation Satellite System)站估算的ZTD (Zenith Troposphere Delay),构建了空间分辨率为0.25°×0.25°的甘肃地区实时ZTD网格模型.针对传统的高程归化模型及水平内插模型精度低的问题,本文提出了利用高斯指数函数模型将不同高程的GNSS/ZTD归化到统一的高度,再基于BP神经网络模型从网格顶点周围统一高度后的GNSS/ZTD中内插出网格顶点处的ZTD.为了验证甘肃ZTD网格模型的精度,选取2022年甘肃地区8个未参与建模的陆态网GNSS测站的数据进行了实验.统计结果显示：与事后PPP (Precise Point Positioning)处理GNSS估算的ZTD相比,甘肃ZTD网格模型与真值偏差的RMS优于1.52 cm.此外,将构建的实时ZTD格网模型用于约束PPP处理,对于PPP浮点解施加ZTD约束后U方向精度提升22.9%,U方向收敛时间缩短26.4...     

一种新的全球对流层天顶延迟模型GZTD

对流层延迟是GNSS导航定位主要误差源之一,主要受气象参数(如总气压、温度和水汽压等)的影响,具有变化随机性强的特点.本文利用 GGOS Atmosphere提供的2002—2009年全球天顶对流层延迟格网时间序列研究了全球对流层天顶延迟的时空变化特征.并以此为基础对全球天顶对流层延迟(Zenith Troposphere Delay, ZTD)进行建模,提出了一种基于球谐函数的全球非气象参数对流层天顶延迟改正模型——GZTD模型.实验对比结果表明考虑ZTD经纬向变化的GZTD模型内符合精度全球统计结果(bias:0.2 cm,RMS:3.7 cm)优于只考虑ZTD纬向变化的UNB3m (bias:3.4 cm,RMS:6.0 cm)、UNB4 (bias:4.7 cm,RMS:7.4 cm)、UNB3 (bias:4.0 cm,RMS:7.0 cm)和EGNOS (bias:4.5 cm,RMS:6.9 cm)等模型.使用全球385个IGS站进行外符合检验,统计结果表明GZTD模型(bias:-0.02 cm,RMS:4.24 cm)同样优于其它模型.GZTD模型具有改正效果良好、使用简单、所需参数少等优点.     

GPS数据解算过程中相关问题研究

基于2011和2012年陆态网GPS连续观测数据,分析了GPS水平速度场数据解算过程中,不同对流层延迟参数个数与初始坐标偏差对解算精度的影响;利用重采样方法模拟生成多组不同时间间隔的流动数据,分析了不同时间间隔的流动观测模式下的解算精度。通过实验证实,为了得到高精度的GPS单日松弛解,必须进行对流层延迟估计,对流层参数个数设置为2,7,13时解算精度存在少量差别,表现为随着参数增多解算精度有所提高;初始坐标误差在10m时可以得到精度较高的时间序列结果,误差在30m及50m时不能得到可用的时间序列;当流动观测时间间隔大于1年时,可以获得较为可靠的水平速度场结果;时间间隔短于1年时,水平速度场解算精度较低。     

基于改进的BP神经网络构建区域精密对流层延迟模型

利用神经网络算法挖掘海量数据的规律已成为科技发展的一种趋势,本文针对卫星信号的天顶对流层延迟进行建模.对流层延迟是影响卫星定位精度的重要因素之一,建立精密区域对流层模型对高精度定位有着重要的意义.对区域测站对流层延迟数据的分析,考虑到实时建模中传统BP（Back Propagation）神经网络计算量大,易出现"过拟合"现象、不稳定等因素,通过改进的BP神经网络建立了区域精密对流层模型.详细介绍了新模型的建立过程,并与常用的对流层区域实时模型进行了对比.还讨论了建模测站数目对预报精度的影响.相比现有的其他对流层延迟模型,基于改进的BP神经网络构建的区域精密对流层延迟模型无论在拟合和预报方面都有较好的精度,且随着测站数目的增加模型精度趋于平稳.改进的模型参数较少,可以进行实时的区域精密对流层延迟改正;需要播发的信息量小,适用于连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference Stations,CORS）的应用.研究表明：改进的BP神经网络模型能够更好的充分利用大规模历史数据描述卫星信号对流层延迟的空间分布情况,适用于实时大区域精密对流层建模.基于日本地区2005年近1000多个测站的NCAR（National Center Atmospheric Research）对流层数据进行区域对流层延迟建模,结果表明改进的BP神经网络模型在拟合和预报精度上都有较大提升,RMSE（Root Mean Square Error）分别为：7.83 mm和8.52 mm,而四参数模型拟合、预报RMSE分别18.03 mm和16.60 mm.     

一种新的高精度全球对流层天顶延迟模型

对流层延迟是影响高精度卫星导航定位的关键因素,也是大气科学研究的重要数据.针对已有全球对流层延迟模型的模型方程未同时顾及高程、纬度和季节变化以及模型构建时仅使用单一格网点数据等问题,本文提出了一种对流层天顶延迟（ZTD）全球模型构建的新方法,即引入滑动窗口算法将全球剖分为大小一致的规则窗口,利用2008—2015年全球大地观测系统（GGOS）大气格网产品构建每个窗口同时顾及高程、纬度和季节因子的全球ZTD新模型（GGZTD模型）.联合未参与建模的2016年全球GGOS格网产品和2016年全球316个IGS站精密ZTD产品,检验了GGZTD模型的精度和适用性.结果表明：以GGOS大气格网ZTD产品和IGS站ZTD产品为参考值,GGZTD模型在全球的精度分别为3.58 cm和3.62 cm,相对于UNB3m模型和目前标称精度最优的GPT2w模型计算的ZTD信息,GGZTD模型在全球表现出了最优的精度和稳定性,其精度相对于UNB3m模型具有显著的提升（精度提高了30%以上）,相对于GPT2w模型仍具有一定的改善;在ZTD计算时GGZTD模型相对于GPT2w模型显著地减少了模型参数,尤其相对于GPT2w-1（减少了99%）.GGZTD模型只需输入位置与时间和依赖相对较少的模型参数则能在全球获得高精度和稳定的ZTD信息,极大地提升了模型的计算效率.

     

基于物理的随机地震动模型研究

基于物理联系研究地震动随机性,建立了随机地震动与基底输入傅氏谱、场地固有圆频率和场地等价阻尼比之间的物理关系,从随机傅氏谱函数角度描述了地震动随机过程的随机性本质。结合Ⅳ类工程场地的实测地震动记录资料,由数值方法识别了给出基本随机变量的概率分布参数。与实测记录对比表明,本文建立的随机地震动模型具有明确的物理概念,可充分反映地震动的变异性特征。     

地震地面运动的转动随机模型

In this paper, the characteristics of rotational power spectra in different sites are analyzed according to the relationship between the rotations and translations of ground motion from the elastic wave theory, and then the unified mathematical model of the spectra (including the torsion and rocking) is presented. Through the use of a lot of earthquake records and curve-fitting of the least square method, the statistical results of rotational power spectral parameters in defferent sites are given.     

新型随机地震动模型

在研究结构的随机地震反应时，要用大量的符合场地条件的地震记录作为输入数据。但强震历史记录却不是每个地区都有的，因此根据符合场地条件的现有地震记录建立随机地震动模型具有重要意义。本文利用中国抗震规范2001版修正选取的样本波作为目标波，考虑了幅值和频率的双重非平稳性，建立了新型随机地震动模型——改进的时变ARMA模型随机地震动模型。通过使用残差的卡方检验法，对多种非平稳ARMA模型生成的模拟波进行检验；同时又比较丁模拟波与目标波的功率谱密度图和反应谱图。结果证明：此法能够更精确地反映不同场地条件地震动的频谱和幅值的真实内容，从而建立符合目标场地条件的更为有效的模拟地震动，为相关研究与工程设计架起一座桥梁。     

沉积模型和储层随机建模

沉积模型是地层分析的重要工具，可以分为比例尺模型、概念模型和数学模型三大类型，其中数学模型又可分为确定性模型和随机模型。在实际地层分析及模拟工作中，特别是在小尺度问题的研究中，采用随机模型(或称统计学模型)往往更为有利。储层随机建模技术，作为这方面研究的典范，近年来成为储层预测和风险评价的一项较为有效的手段。然而，由于研究目标的复杂性，不同沉积模型之间的嵌套制约关系亦应引起重视。     

自校正随机模型的加速地震释放

研究了弹性回跳模型随机版的“应力释放模型”产生具有加速地震释放（ASR）特征的合成地震序列的条件。在这一模型中，过程的水平或“应力”通过构造输入而随时间线性地累积，并由于地震的发生而降低。这些“应力降”相应于地震释放能量的某次幂，即E^0.5（贝尼奥夫应变）或E（地震矩）。地震以点过程的方式发生，其发生的速率受该过程水平的控制。本文假定出现加速地震释放的关键因素是事件的大小取决于该过程水平的方式。这由遵从锥形的Pareto模型或截断的古登堡一里克特分布的释放能量的平方根来模拟，最大地震尺度受“曳尾”或“截断”点所控制。曳尾点变大，平均尺度也随之变大，相应于系统加速趋于临界状态。我们发现，过程的下伏水平相当于累加地震矩的情况产生了大量加速地震释放序列，而使用累加的贝尼奥夫应变作为水平的情况，则不然。这些结果说明，加速地震释放的出现，很大程度上取决于嵌入于断层系的大地震对断层系动力状态有怎样的影响，但愿这些结果能为认识有关加速趋于临界状态的机制即出现或不出现加速地震释放的可能成因提供某些见解。     

随机地震模型及反应谱分析

本文以实际地震加速度的频谱特性和相位谱特性为依据，仿概率统计理论中的高斯概率密度函数，建立了随机地震加速度频数学模型。     

基于垂直剖面函数式的全球对流层天顶延迟模型的建立

对流层延迟是无线电导航定位的主要误差源之一,其值对目标高程的变化敏感.在动态导航定位中,由于目标高程变化随机性强,延迟改正实时性需求高,已有的对流层延迟模型难以满足应用需求.本文利用2005到2006年ERA-Interim再分析气象资料积分方法计算的对流层天顶总延迟(ZTD)、天顶静力学延迟(ZHD)以及天顶非静力学延迟(ZWD)的垂直剖面研究了ZTD随高程变化的最佳拟合形式,并以此为基础建立了全球ZTD改正模型SHAO-H.该模型以大气中水汽的垂直分布规律为依据,将ZTD表示为高程的分段函数,进而再模制每段函数中各参数随时间的变化.精度评估显示:与积分ZTD相比,SHAO-H模型计算的ZTD在不同等压层上的平均bias大部分在±1 mm以内,随着高度的上升,平均RMS由39 mm减小至不足1 mm;与IGS (International GNSS Service)实测ZTD相比,SHAO-H模型的精度(bias为7.02 mm,RMS为38.50 mm)优于UNB3m模型(bias为14.67 mm, RMS为51.95 mm).SHAO-H模型具有精度稳定、计算简便等优点,适宜任意高度的用户使用.     

随机模型上的地震动模拟研究

介绍了一项随机模拟实验,该实验通过模拟一个具体场址模型的地震动响应了解模型参数不确定性对模拟结果的影响。首先给定一个典型的第四纪沉积层场址模型的参数(包括地层厚度、介质密度、横波速度和品质因子等)的统计特征,并据此在计算机上按截尾的正态分布随机抽样形成了16384个随机模型,然后分别在各个模型上进行SH波地震动响应模拟,最后对所有的模拟结果进行统计分析,了解模型参数的不确定程度与模拟结果变化范围之间的关系。实验结果表明,模型参数不确定性对模拟结果的影响程度是随频率增大的。随机模型地震动响应的第一个放大峰发生在353±031Hz的频率上,其幅值为438±076;第二放大峰发生在885±108Hz的频率上,幅值为422±090。两放大峰值的均方差与均值之比分别为18%和25%。与模型参数20%的相对变化程度大致相当。但更高频率上振幅响应的均方差与均值之比则高达30%～40%。     

对流层-平流层之间过渡层中臭氧含量及其加热率的变化研究

利用1958~2001年共44年的ECMWF资料及参数化方法,计算了对流层顶上、下3 km气层间的臭氧含量及其吸收太阳辐射加热率的时空分布.结果表明: (1) 臭氧分布的空间梯度从赤道指向两极,而加热率则是分别由高纬和低纬指向副热带,这样的经向梯度可能是驱动对流层顶结构变化的一种重要因素;两者空间分布的季节变化显著,但其对应关系并不完全一致,1月和4月的空间结构与7月和10月的相反,随季节调整具有突变现象;东亚及青藏高原是季节变化相对稳定的区域.(2) 在热带对流层顶控制区加热率与臭氧含量呈正相关,而极地对流层顶控制区各季节有所不同,还与太阳赤纬变化相关联;各纬度间加热率季节变化的位相和变率都存在差异,但南半球相对较为一致,最大距平为±2×10-4 K·d-1,北半球则较复杂,最大正距平为4×1010-4 K·d-1;两半球的季节周期位相趋于相反.(3) 除赤道外,臭氧距平的季节变化位相超前于加热率距平2~3月,并且发生在季节变化的调整期;最大距平出现在南极的8月大于0.4 DU,3~4月则小于-0.2 DU,而北极为±0.2 DU.(4) 臭氧含量和加热率的年际与年代际演变关系对应一致,并具有多尺度的结构特征;但两半球及赤道的时空演变差异明显,30° S~30° N间副热带控制区的加热率变幅剧烈,最大距平为±2.5×10-4 K·d-1,高纬和两极的变幅在不同演变期各不相同;臭氧的变幅结构与之相反,北极的最大距平分别大于0.25 DU和小于-0.35 DU.(5) 20世纪70年代以前及70年代中期,两半球的正负距平具有相反的演变结构,而90年代是负距平演变最剧烈的时期.     

弹性随机介质模型的特征频率

为研究弹性随机介质模型中的波场特征,本文使用弹性波动方程正演模拟了平面波在二维弹性随机介质模型中的传播.通过大量正演模拟,我们首先发现若使用不同频率的瑞克子波作为震源函数,计算散射波场的能量相对值ΔE,则对每一个固定的随机介质模型,ΔE都会在某一个与模型对应的震源频率f*处达到最大值.本文由此提出了随机介质模型的特征频率这一新的概念.本文充分说明了特征频率的客观存在性;给出了相应的计算方法;进一步全面研究了随机介质中的各种模型特征（如自相关长度、背景速度、扰动标准差以及模型尺寸等）与模型的特征频率之间的关系;并得到了若干结论和相应的经验关系表达式.     

布尔莎模型在GPS时间序列融合中的应用

利用“中国地壳运动观测网络”基准网与全球IGS站的公共站点,采用布尔莎模型求取坐标转换7参数,将地壳观测网络工程基准站点位时间序列与全球解进行绑定.结果显示,转换得到的时间序列N、E向中误差约为2、3mm,与直接融合得到的时间序列的单天误差水平相当,转换得到的站间大地线误差大部分在6mm内,表明该转换方法是可行的.