GPS高精度重复测量中的天线相位中心偏差检测及改正

首先通过GPS接收机在超短基线上检测数据计算天线相位中心偏差,然后对民乐跨断层综合观测场地2007~2008年的GPS点位速率进行校正。从计算结果可知,所用GPS天线相位中心偏差多在亚毫米级。对于距离在几千米的点位,由于各期观测所用天线的不同,使得相位中心的偏差对水平运动速率的影响多在亚毫米级;若各期观测所用天线相同,则影响多在10-2毫米量级。对高精度GPS观测来说,多期观测尽可能采用同一天线。     

GPS扼径圈天线相位中心偏差检验

GPS接收机天线相位中心偏差是指GPS天线接收卫星信号的电气中心与其机械几何中心之差,在GPS高精度测量中,这是不容忽视的。讨论了采用基线测量相对定位法确定天线相位中心偏差的原理和方法,并利用这一方法计算出天线相位偏差结果。     

GPS天线相位中心变化精确检测试验研究

天线相位中心误差是高精度地壳形变监测中制约定位精度的重要误差源,天线相位中心改正已成为提高观测精度的有效手段.文中对基于精密测量机器人的GPS天线相位中心变化精确检测方法进行了试验研究,并对试验数据进行初步分析,得到的天线平面校正精度约为2mm,高程方向校正精度约为3mm.研究结果表明,天线相位中心的精确校正除了可以提高GPS测量定位精度之外,还可为中国自主北斗导航系统提供精确的天线相位中心校正参数,推动北斗导航系统在高精度地壳形变监测领域的应用.     

GPS接收机仪器偏差的短期时变特征提取与建模

卫星和接收机仪器偏差(Differential Code Biases, DCB)是利用GPS(Global Positioning System)研究电离层的两类主要误差源.由于所处的空间环境恒定,且可被全球跟踪站连续观测,GPS卫星的DCB具备长期稳定性和较高的估计精度.但针对各类型接收机而言,受测站环境、硬件设施等影响,其DCB可能会呈现明显的短期变化.精确地模型化接收机DCB的短期变化特征,将有助于提高GPS电离层产品的可靠性,以及基于这些产品反演空间和地球科学现象的准确性.采用零/短基线GPS数据,本文改进了提取和分析接收机DCB变化的现有方案.随后,本文推导了一种能直接估计接收机DCB的函数模型.当检验出接收机DCB的短期变化服从随机游走时,通过对比接收机DCB的直接估值与间接提取值之间的符合程度,可"试探出"过程噪声标准差的最优经验值.实验分析选用4台双频接收机(共形成1条零基线和2条短基线,间距最大为15 m)多天的观测数据,主要结论包括:1)改进的接收机DCB提取方案能较好地克服低频伪距噪声和多路径效应的影响; 2)针对零基线,其接收机DCB在各天内的变化量级小于1 TECu,变化趋势则可采用过程噪声标准差为1.0~1.5 mm的随机游走加以描述; 3)对应于某短基线的接收机DCB在某天内的变化可达12 TECu,当采用随机游走描述其趋势时,过程噪声标准差的经验值超过2 mm.     

单频GPS接收机动态定位的相位与伪距联合算法及其周跳检测

利用单GPS接收机进行实时动态差分时，相位观测值周模糊度的实时确定比较困难；而利用伪距观测值求解位置虽不存在解算整周模糊度问题，但观测噪声较大，将相位和伪距联合起来处理，给予相位和伪距观测值不同的权，在一定程度上改善了法方程的病态性质，解算精度高于单纯的伪距差分，接近单纯的相位差分精度，同时给出了相位与伪距联合算法的数学模型和数值结果，并讨论了动态定位中的周探测方法。     

LEO GPS接收机仪器偏差估计

LEO GPS观测已成为空间电离层研究重要手段之一,通过GPS双频观测值获取的TEC则是电离层探测的一个重要参量,为获取高精度TEC需估计和消除GPS接收机仪器偏差（DCB）.本文旨在探索一种全新的LEO GPS接收机仪器偏差的估计方法：基于电离层球对称的假设,利用CHAMP和COSMIC原始GPS观测数据,采用几何映射函数,通过最小二乘解算出GPS接收机仪器偏差.结果表明：(1)2008年1月份期间,通过上述方法解算的仪器偏差都较稳定,相比COSMIC网上发布结果,标准偏差都在0.6 ns以内;（2）COSMIC（轨道高度大约800 km）仪器偏差估计结果优于CHAMP（轨道高度大约400 km）的结果,原因为：对于不同轨道高度LEO GPS仪器偏差估计,其较高轨道高度的电离层球对称假设影响较小.     

COSMIC低轨卫星GPS接收机差分码偏差估计

GPS接收机差分码偏差（Differential Code Bias,DCB）是利用COSMIC低轨卫星观测值反演电离层总电子含量TEC的一项重要误差源.本文将COSMIC卫星轨道高度以上的电离层作为一个单层,采用球谐函数来参数化电离层TEC值,并利用最小二乘法同时估算电离层球谐系数和DCB参数.运用这种方法对2012年12月份的所有COSMIC卫星GPS接收机DCB进行了解算,并与COSMIC数据分析与档案中心CDAAC提供的产品进行了比较.实验结果表明：在2012年12月期间,估计的接收机DCB与CDAAC结果符合的较好,二者DCB变化趋势相近,DCB差值的RMS值在2 TECU以内,且最大绝对差值小于3 TECU;此外,本文计算的接收机DCB估计误差主要分布在0.2~0.4 TECU之间,具有较高的内符合精度.     

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.     

Swarm卫星星载接收机GPS信号中断统计特征分析

本文聚焦于欧空局Swarm卫星星载接收机在中纬地区出现的GPS信号中断事件, 利用其近9年(2014年1月至2022年9月)的观测数据, 详细统计了GPS信号中断事件发生的时空分布特征及与背景等离子体密度起伏的关系.研究结果表明Swarm卫星在其接收机锁相环带宽从0.75 Hz调整至1.0 Hz前后, GPS信号中断事件表现出不同的时空分布特征.在前一个时期, 2014年1月1日至2016年8月11日, GPS信号中断事件主要分布在低纬磁赤道附近和高纬极区附近, 少量中断事件分布在中国东部地区; 而在后一个时期, 2016年8月12日至2022年9月30日, GPS信号中断事件则出现在了所有的纬度, 同时表现出显著的经度差异.前一个时期内GPS信号中断事件表现出了明显的季节依赖, 而后一个时期内出现的GPS信号中断事件则出现了无季节特性的弥散状分布.该结果表明当Swarm星载接收机锁相环带宽调整至1.0 Hz时, 虽然提升了其应对电离层闪烁条件下多普勒频移的动态调整范围, 但同时也增加了接收机载波相位观测的热噪声, 进而导致接收机产生了一些随机的短时信号中断.除了上述不同, 两个时期内的GPS信号中断事件也表现出了一些共同特征, 比如信号中断事件主要均集中在GPS卫星相对于Swarm处于较低仰角(＜20°)的情况下; 同时这些事件主要发生在发射较早的Block ⅡR和Block ⅡA类型GPS卫星上, 暗示了随着发射年限的增加与星载设备的老化, GPS卫星的稳定性会逐渐降低.通过进一步对比分析Swarm卫星出现与未出现GPS信号中断轨道对应的原位电子密度观测数据, 发现GPS信号中断的轨道其对应的电子密度波动更剧烈, 表明背景等离子体密度的梯度强度是引起Swarm星载接收机在中纬地区出现GPS信号中断的重要原因.本文的研究结果对于星载接收机的设计优化, 特别是提升其在电离层闪烁条件下的稳定性有重要的参考意义.

     

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.     

宁夏及其邻区背景噪声能量来源方位及强度的季节性变化分析

由背景噪声互相关重建格林函数的技术已在地震学中得到了广泛应用,对背景噪声能量的空间分布、强度的季节变化的研究有利于认识噪声互相关函数对格林函数的收敛性。文中利用宁夏及其周边地区33个宽频带台站2008年1月至2012年11月垂直分量的连续记录,计算了两两台站间的互相关函数,并对该地区5~10s及10~20s的背景噪声能量的优势方位及强度随季节的变化进行了分析。结果表明,5~10s的能量主要来自于中国东部的海岸线,其强度具有明显的季节性变化;10~20s的噪声能量不仅强度具有季节性的变化,其优势方向也随季节具有明显变化,受到多个大洋的交替影响。研究表明,宁夏及其邻区的背景噪声场具有较为复杂的特征,在进行后续研究时要予以充分考虑。     

地顶的地心距离及其变化

本文介绍了有关磁层中电离层离子起主要作用区域（地顶内区）的观测资料和磁层中电离层离子随地磁活动和太阳活动变化的观测资料,根据这些资料简单分析了上行离子的密度和通量密度及地顶的变化。     

GPS归心盘的一种新设计

分析了GPS测点的现状,论述了进行GPS归心盘优化设计的必要性及新设计GPS归心盘的主要特点,简要叙述了GPS归心盘在重庆市GPS建设中的应用情况及良好效果,为今后的高精度GPS建设提供了一种方法经验。     

接收函数复谱比的最大或然性估计及非线性反演

利用Ｓｈａｍｗａｙ和Ｄｅｒ的多道最大或然性反褶积原理,讨论了从单台三分量远震Ｐ波波形中分离接收函数径向与垂向分量复谱比的方法．根据Ｔａｒａｎｔｏｌａ的波形反演理论发展了接收函数复谱比的非线性反演方法．本文的反演方法除了拟合接收函数的复谱比之外,还需拟合时间域中接收函数垂向与径向分量的初至振幅比．合成波形数据反演的结果表明本文方法的反演结果不依赖初始模型．利用该方法和ＣＤＳＮ台网兰州台记录的宽频带远震Ｐ波波形数据,研究了该台站的接收函数及其随方位角的变化．接收函数复谱比非线性反演给出了该台站下方１４０ｋｍ深度岩石层的Ｓ波速度结构,得到兰州台下方地壳厚度为５４ｋｓ,岩石层厚度为９４ｋｍ．     

接收函数复谱比的最大或然性估计及非线性反演

利用Ｓｈａｍｗａｙ和Ｄｅｒ的多道最大或然性反褶积原理，讨论了从单台三分量远震Ｐ波波形中分离接收函数径向与垂向分量复谱比的方法．根据Ｔａｒａｎｔｏｌａ的波形反演理论发展了接收函数复谱比的非线性反演方法．本文的反演方法除了拟合接收函数的复谱比之外，还需拟合时间域中接收函数垂向与径向分量的初至振幅比．合成波形数据反演的结果表明本文方法的反演结果不依赖初始模型．利用该方法和ＣＤＳＮ台网兰州台记录的宽频带远震Ｐ波波形数据，研究了该台站的接收函数及其随方位角的变化．接收函数复谱比非线性反演给出了该台站下方１４０ｋｍ深度岩石层的Ｓ波速度结构，得到兰州台下方地壳厚度为５４ｋｓ，岩石层厚度为９４ｋｍ．     

五大连池火山区地壳上地幔速度结构的接收函数反演

五大连池火山是全新世以来曾经喷发的近代火山群,该火山区小震活动频繁,被认为是活动的休眠火山．本文对该火山区的深部结构进行了接收函数反演和研究．研究结果表明：该火山区存在广泛分布的S波低速结构,个别低速结构赋存部位较浅,低速结构与地震活动性具有对应关系,火山区下部的莫霍界面不十分明显,存在岩浆上涌的条件．因此,我们认为该火山具有活动火山的深部结构特征,存在再次活动的基本条件．     

利用GPS计算TEC的方法及其对电离层扰动的观测

在总结用ＧＰＳ研究电离层电子总量ＴＥＣ的数据处理方法基础上,分析了利用伪距观测量和载波相位观测量计算电离层ＴＥＣ的特点及误差来源．在处理过程中考虑了卫星的硬件延迟偏差,分析了应用ＩＲＩ模型进行接收机硬件延迟偏差修正的可能性,发现利用少量ＧＰＳ数据和ＩＲＩ模型修正接收机硬件延迟偏差有一定的困难．最后,利用一些ＧＰＳ观测数据有针对性地研究了电离层对若干次扰动事件的响应．包括一次大的太阳耀斑期间的电离层ＴＥＣ变化、一次较典型的电离层行扰以及日食期间的电离层ＴＥＣ的相对变化等电离层物理问题．结果表明,利用该方法计算ＴＥＣ的精度可满足电离层扰动现象的研究．