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.     

中国大陆GPS连续站时序结果处理与分析

<正>利用网络工程一期和陆态网络二期共253个GPS连续观测站的资料,首先用GAMIT/GLOBK/QUCA软件计算得到了各个GPS连续观测站的单站三维站坐标时间序列。在进行GPS基线和区域应变时间序列计算分析前,对单站坐标时间序列进行剔除粗差、大震同震位移改正、线性拟合、周期改正的后期精化处理。在此基础上,计算得到了中国大陆916条GPS基线时间序列结果,并对主要构造带和重点地区:鲜水     

小区域GPS形变监测网GAMIT数据处理结果与IGS站选取的关系探讨

利用GAMIT软件对北京市GPS形变监测网的2004年6月6日到6月12日的数据进行了处理,在处理过程中,对IGS站的选取分了4种情况:①选取13个IGS站;②选取10个IGS站;③选取6个IGS站;④选取1个IGS站。并对4种情况得出的结果从基线重复率WRMS、基线分量的偏差、标准化均方根差NRMS进行了比较,得出以下结论:对于100km内的小区域GPS形变监测网,使用GAMIT软件处理GPS观测数据,最好选取IGS站为区域网提供参考框架;同时对小区域的GPS形变监测网选取6个IGS站就比较合适,解算结果的精度可以达到监测地壳形变的要求;IGS站并不是数量上一定要多,但空间分布要尽量均匀,测站的近似坐标尽量准确。     

基于多通道奇异谱分析的GNSS坐标时间序列共模误差的提取

共模误差是区域连续GNSS网中存在的一种与时空相关的主要误差源.为了有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度,本文提出了利用多通道奇异谱分析（Multi-channel Singular Spectrum Analysis,MSSA）提取共模误差的新思路,并利用实验区域18个测站9年（2002年到2010年）的GPS坐标时间序列进行实验,分析了共模误差对时间序列的影响和测站噪声特性的影响,并对共模误差序列进行周期探测,结果显示：通过MSSA能够有效的剔除共模误差,提高坐标时间序列的精度.     

顾及共性误差的南极半岛地区连续GPS站坐标时间序列分析

共性误差是区域连续GPS网络中存在的一种与时空相关的主要误差源.对区域网络使用空间滤波能够有效减小这种误差并改善坐标时间序列的精度.本文使用GAMIT/GLOBK 10.5软件解算南极半岛区域11个GPS测站2010—2014的数据,各测站独立估计的单天解组成坐标时间序列.利用堆栈法(stacking)、主分量分析法(principal component analysis,简称PCA)和Karhunen-Loeve展开法(KLE)对其进行空间滤波,在利用PCA和KLE方法进行空间滤波时,使用前两个主分量作为共有模式分量.结果表明:三种方法均能有效提取南极半岛区域共性误差,PCA方法的滤波效果明显优于stacking方法,略微优于KLE方法;空间滤波能够有效减小残差时间序列的振幅、功率和RMS;对坐标时间序列进行空间滤波能够有效降低其线性项和周期项误差,从而提高线性项和周期项估计的精度.共性误差的谱分析结果显示在U方向上存在9.4天、13.7天等短周期的信号,推测共性误差组成成分中可能含有与海潮相关的误差源.     

基于非线性运动分析的CGCS2000下我国CORS站运动特征

CGCS2000(中国地心坐标系统2000)下CORS(全球导航卫星系统连续运行参考站)站的非线性运动主要受到地壳非构造形变信息、框架点公共误差信息和观测误差信息的组合影响,分析我国CORS站坐标时间序列中包含的非线性运动信息是维护CGCS2000坐标框架精确性、可靠性的基础.本文研究方法首先采用国际卫星对地观测数据及相关地球物理模型,计算了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此修正了这些非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响.其次采用主成分空间滤波算法(PCA)提取质量负荷改正后的CGCS2000坐标框架公共误差(Common Mode Errors, CME)的时空特性.最后采用最大似然法定量估计了负荷改正和滤波后的国家CORS网坐标时间序列的噪声特性,采用加权最小二乘法评定了考虑不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度.     

中国区域IGS站高程时间序列季节性信号及长期趋势分析

对中国区域10个IGS站高程时间序列的季节性信号和长期趋势进行了分析.首先,对SOPAC提供的原始GPS时间序列进行中断探测、粗差剔除以及共模误差剔除等预处理.由于GPS时间序列中的季节性信号具有调制特性,本文采用一种"两步法"策略进行实测数据分析,即首先利用基于局部加权回归的季节项-趋势分解(STL)提取精确的季节性号,然后再对扣除季节性信号后的残差采用最大似然估计法估计其长期趋势.通过对中国区域10个IGS站预处理后的数据分析,结果表明上述各IGS站高程方向均表现出强烈的季节性变化,且部分测站季节性信号的相位和振幅均发生明显的调制变化.同时,在估计长期趋势之前,采用Kendall’tau test对扣除季节性信号后的残差序列进行了趋势显著性检验,结果表明在99%的置信区间内所有测站均存在显著的趋势;进一步采用附加季节项和趋势进行断点检验(BFAST test)证实在95%的置信区间内测站TCMS和TNML的趋势分别在历元2009.5384和2009.1493发生了显著改变.根据检验结果,最后本文利用最大似然估计,计算了白噪声+闪烁噪声模型下各IGS站的速度及其不确定度,并与SOPAC的结果进行了分析和比较.     

地表负载及GPS测站分布对参考框架转换的影响分析

GPS数据处理通常采用Helmert七参数转换将瞬时站坐标转换到指定的框架下,但瞬时站坐标中尚未模型化的季节性地表负载会影响平移参数(地心运动)和尺度参数的估值,进而影响测站坐标;不均匀的测站分布会加剧这一影响.本文利用GRACE重力场系数仿真GPS地表负载的实验表明,基于网平移法采用实际的IGS站至少能够恢复90%的地心运动信号.地表负载及GPS实际测站的不均匀分布可以解释大约30%的GPS尺度的周年变化.相对于IGb08的所有框架站,目前采用91个全球均匀分布的核心站作为框架转换的基准是合理的.采用IGb08的所有框架站进行转换会导致U方向误差增加,特别是对框架站密集的欧洲区域(误差均值约为1mm).因此框架转换时,应尽量选取均匀分布的测站,同时不估计尺度参数.     

基于GPS连续运行基准站的中国区域共模误差研究

共模误差是GPS台站位置时间序列中的主要误差源之一,分离和消除共模误差可以探测到原先淹没在噪音中的微弱信号。本文对中国260个卫星导航定位基准站2011～2018年的数据进行处理,获得了位置时间序列,采用主成分分析（PCA）方法对其扣除构造运动等形变信号后的残差序列进行区域共模误差分析。结果表明,PCA方法有效地提取了中国区域共模误差,经过滤波后时间序列的信噪比明显提高,第一主分量空间分布均一,第二主分量空间分布呈现明显的梯度变化,表明第二主分量不是少数台站的局部效应,是对第一主分量的补充和修正,中国区域的共模误差分析不能忽略二阶分量。对振幅调制的影响进行了对比分析,发现顾及振幅调制的共模误差不仅明显减弱了年周期的特征,还显著降低了闪烁噪声,表明由于参数过于简化而未被估计的“信号”会演变成共模误差,未被正确模型化的“信号”会影响区域滤波的准确性。     

不同海潮模型对中国大陆构造环境监测网络GNSS数据解算的影响

选取2018年中国大陆构造环境监测网络GNSS基准站及中国周边IGS站数据,基于CSR4、FES2004、GOT00、NAO99b等海潮负荷改正模型,采用单一变量的解算方式,分析不同海潮模型对我国GNSS基准站基线、三维坐标、时间序列等造成的影响。结果表明：利用不同海潮模型解算基线精度,水平方向相差不大于1 mm,垂向相差不大于3 mm;各测站NEU坐标精度均在毫米级以下,以耿马站时间序列为例,与其他模型相比,基于FES2004模型解算的各向偏差趋势波动较弱,其年序列图的精度及连续性、稳定性更佳。简言之,利用FES2004海潮模型解算GNSS站点位置,效果较好。     

GPS坐标时间序列中大气质量负荷最优改正方法分析

大气负荷会造成显著的测站坐标时间序列垂向季节性变化,其量级可以达到10~20 mm.本文通过对全球58个IGS基准站2007—2011年期间观测数据的解算,比较分析了不同大气负荷改正策略下的修正效果,确定了最优大气负荷改正方法.结果表明,在观测值层面对潮汐、非潮汐大气负荷进行统一改正是最优的改正方法,可以使80%以上测站的RMS值减小,日均值改正效果较差,只能改正约20%的测站.     

利用GPS和GRACE分析四川地表垂向位移变化

陆地水储量的季节性变化是导致地表周期性负荷形变位移的主要因素,有效地剔除地表位移中的陆地水储量影响,是获取地壳构造垂向运动的必要过程.四川地处青藏高原东边缘,地形分区明显,境内以长江水系为主,水资源丰富,研究四川地区地表负荷形变位移,有助于分析陆地水储量的时空分布特性及地壳构造形变信息.本文利用研究区域内59个CORS站的GPS观测数据,计算了CORS站点的垂向位移,并将其与GRACE所得相应结果进行对比分析.结果显示,GPS和GRACE所得垂向位移时间序列的振幅大小整体相符,但存在明显的相位差.GPS站点振幅最大值为12.7 mm,对应HANY站,最小值为1.5 mm,对应SCMX站.GRACE所得的地表垂向位移振幅大小均为3~4 mm,且最大位移集中出现在7-9月份;而GPS站点出现最大位移的月份和地形相关,东部盆地、西北部高原和南部山地分别出现在7-8月份、10-11月份和10月份.GPS站点时间序列中的周年项与陆地水的季节性变化强相关,为了讨论陆地水储量对GPS站点位移的影响,本文利用改进的总体经验模态分解方法（MEEMD：Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition）,从GPS垂向位移时间序列中提取出周年项及约2年的年际变化项.发现利用MEEMD获取的周年项改正原始GPS时间序列时可使其WRMS（Weight Root Mean Square）减少量减小约26%,结果优于最小二乘拟合方法提取的GPS周年项改正效果,验证了MEEMD方法在GPS坐标时间序列处理中的可行性及有效性.     

GPS数据处理策略优化及适用性分析

为了分析电离层处理模式对高精度GPS数据处理精度的影响,文中结合全球分布的国际GPS服务(International GPS Service,IGS)跟踪站及具体的工程实例,对不同长度基线进行了处理,结果表明:使用高阶电离层模型改正,对成果精度有一定的提高,特别是不同长度基线处理时,应采用不同的处理模式,以便于保证成果的准确性.针对高精度GPS数据处理需要多时段重复观测的问题,本文基于误差理论提出了GPS数据处理过程中合理构建基线处理回数,多回基线组合平差的新方法;设计典型的实验研究了不同星历条件下长基线的处理效果.成果展示:采用长基线处理回数组合平差的方法,对数据处理成果精度的提高具有显著的效果,且在几种精密星历下均表现良好的收敛性;短基线通过增加基线处理回数及组合平差,成果精度及可靠性进一步提高.     

基于GPS和大气传输模型的InSAR大气改正方法研究

利用GPS数据改正InSAR大气影响中,GPS站网的低空间密度是限制改正精度的一个主要因素.文中引入大气传输模型（ATM）来考虑大气状态在时间上的演化,并兼顾了风向的估计,把GPS-ZWD（GPS湿延迟）时间序列观测值转换为空间上分布比较稠密的GPS-ZWD网络,然后利用该稠密网络在空间上内插产生水汽延迟图,来更好地模拟InSAR影像获取时刻的水汽场,提高大气改正精度.实验结果表明,在研究地区有限的数据条件下（即只有6个GPS点的情况下）,GPS+ATM算法在重现大气信号能力方面比单纯的使用影像获取时刻的GPS-ZWD数据要强,并且其对长波的大气误差去除更明显;用来做实验的三幅差分干涉图中,GPS+ATM算法对两幅以长波信号为主的干涉图中的大气影响分别降低了21.7%和22.6%,比仅使用SAR过境时刻GPS-ZWD数据时的结果分别改进了4.5%和8.7%.而对以短波信号为主的干涉图没有明显提高.     

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.     

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。     

GPS连续站的环境变化对解算结果精度的影响定量研究

采用统一的参考框架和数据处理方案,对中国大陆构造环境监测网络GPS连续观测站自2010年6月正式运行以来所有观测数据进行解算,得到可靠的连续站坐标时间序列结果。在此基础上,对GPS连续观测时间序列出现的非线性、非周期性异常变化,开展现场调研核实与分析,梳理异常GPS观测站的环境变化情况并确定可能影响因素,针对树木等遮挡物对观测结果的影响,选取部分测站的已有数据通过人为设定环视角、屏蔽部分卫星信号等方式进行数据筛选实验,结果表明环视角提高对垂向的影响大于水平方向,当环视角提高到20°时可以有效地改善多路径效应引起的影响,对净化原始数据很有利,环视角增大到30°时坐标的精度下降比较明显;屏蔽部分卫星信号在一定程度上能够提高坐标的精度,但比较繁琐,不适合处理大规模的数据,对个别流动站不超过4天的数据进行检查和改正具有一定可行性。     

高频GPS单历元精密定位及GPS地震学的研究进展

本文综述了高频GPS单历元精密定位的发展历史、数据处理、恒星日滤波和空间滤波、以及观测精度和噪声特点,并着重介绍了由此衍生的GPS地震学的发展状况.随着观测技术和单历元数据处理方法的不断提高,特别是多系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo和BEIDOU)的融合以及卫星轨道和卫星钟差改正等高精度定位产品的实时发布,高频GPS精密定位技术将在地震科学领域的应用迎来广阔的发展前景.     

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.     

银川站同址gPhone型与GS-15型重力仪观测资料对比分析全文替换

基于银川站同址gPhone和GS-15重力仪两年的观测资料,进行潮汐分析和提取重力非潮汐残差处理,从潮汐参数精度、记震能力、抗干扰能力、映震能力等方面进行了对比分析。利用VAV调和分析计算了气压改正前后两台仪器的潮汐参数,发现该站gPhone各波群潮汐参数精度均低于GS-15这一现象,即GS-15运行更为稳定。气压改正后显示GS-15有3种波群潮汐参数变化较大,而gPhone只有S1波较明显。非潮汐残差显示gPhone受抽水影响较GS-15严重,两次地震前有扰动现象。