测站坐标阶跃对参考框架稳定性的影响分析

针对全球卫星导航系统(GNSS)测站坐标阶跃对参考框架稳定性的影响量级尚不明确的问题,该文选取了 340个全球分布的国际GNSS服务(IGS)测站建立长期GNSS参考框架.其中,测站运动模型包含线性速度、周年信号以及震后形变改正.通过迭代增加阶跃的数量,定量分析了测站坐标阶跃对建立的GNSS参考框架稳定性、测站速度及周年振幅的影响.结果表明,340个IGS测站坐标时间序列中存在的阶跃对建立的GNSS参考框架稳定性、测站水平方向速度以及测站周年振幅的影响量级均小于其精度,但是对测站垂直方向速度的影响较为显著.     

环境负载模型效应位移序列可靠性分析

以12个IGS基准站为研究对象,通过格林函数方法对基于QLM模型的地表环境负载(大气压力、土壤湿度、非潮汐海洋、积雪深度)引起的测站位移序列进行可靠性分析。结合粗差分析、主分量分析、噪声特性分析等对位移序列进行特征分析,结果表明基于QLM计算的负载效应序列是比较可靠的,在对GPS坐标时间序列修正过程中,能较好避免不必要的二次误差的引入。此外,地表环境负载对测站的位移影响甚至达到cm级,对测站垂向位移影响更为明显;且负载位移时间序列存在明显的周期性波动,对高精度的地球动力学研究负载环境效应的影响不可忽略,应施加负载改正,为去除坐标时间序列中虚假的非线性变化提供参考。     

环境负载对香港地区GNSS站非线性运动及噪声特性的影响

本文利用香港地区6个全球导航卫星系统(GNSS)测站6年的数据进行了精密单点定位解算,得到了小时解坐标时间序列,分析了环境负载因素对时间序列精度的影响,同时研究了环境负载改正后坐标时间序列噪声特性的变化。实验结果表明,各个测站东(E)方向、北(N)方向和垂直(U)方向环境负载分别能够解释25%、39%和42%的测站非线性运动。对进行过环境负载之后的时间序列进行噪声特性分析发现,进行环境负载改正之后,仅有梅窝站(HKMW)的U方向和昂船洲站(HKSC)的E方向的最佳噪声模型由白噪声(WN)/闪烁噪声(FN)变为了WN/随机游走噪声(RWN)。白噪声的改善并不明显,有色噪声(主要是闪烁噪声)改善幅度较大,平均改善25.01%。通过以上分析表明,进行环境负载改正能够明显降低坐标时间序列的非线性运动和噪声量级。     

IGS测站的非线性变化研究

GPS位置时间序列中经常会出现信息中断,造成数据不连续,进而导致测站速度及其不确定度的估计有偏。因此,时间序列中断探测是动态大地测量数据处理的重要内容。在基于t-检验的序贯格局转换分析法(sequential t-test analysis of regime shifts,STARS)算法的基础上,顾及GPS位置时间序列的噪声特性,提出了一种考虑有色噪声的STARS算法(COL-STARS)。该算法首先利用一阶自回归模型(auto-regressive, AR(1))模型进行噪声\     

联合小波和方差分量估计方法分析中国IGS测站时间序列变化特征

利用小波谱分析了中国区域IGS（International GNSS Service）站坐标时间序列中周期信号成分及其随时间的变化,根据小波谱中小波系数的能量在时域上的变化对时间序列进行分段,然后采用方差-协方差验后估计法分析了白噪声+闪烁噪声组合模型下测站在不同时间段的运动特征及变化规律。结果表明,中国区域的IGS站运动特征在不同时间段内是变化的,其中URUM站垂直速度变化大于4 mm,BJFS以及CHAN站水平速度变化大于2 mm,其余站速度变化均在2 mm以内;周年、半周年信号的振幅也均有差异,其中BJFS站垂直分量周年振幅变化最大,超过5 mm;此外,强度较弱的其他周期项存在于分段时间序列中,但其对速度、周期振幅以及噪声分量估计结果影响较小;对时间序列进行分段估计,所得的参数不同,其相差程度可反映出不同时间段内的板块运动等地球物理因素变化的差异。     

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。     

北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应

与全球定位系统（global positioning system,GPS）不同,北斗区域卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）采用了5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆轨道卫星的混合星座,星座分布不均匀。特殊星座决定了不同纬度地区用户的可见卫星数量和观测几何结构存在明显差异,用户的导航定位性能存在明显的纬度效应。分别从理论模型和实际观测两个方面对不同纬度地区用户的可见卫星数目、观测几何结构和导航定位性能进行较全面分析,使用了多家厂商的接收机,在不同纬度地区进行了GPS、BDS以及两系统融合定位试验。结果表明,BDS定位性能存在明显的纬度效应,即定位精度随纬度升高而降低;GPS导航定位性能没有明显的纬度效应;BDS/GPS数据融合可以减弱纬度效应,提高导航定位服务的精度和可靠性。     

有色噪声对东南极区域GPS测站三维速度估计的影响

近年来,有研究发现在GPS测站坐标时间序列中既存在白噪声,也存在有色噪声。为了研究有色噪声对东南极区域GPS测站三维速度估计的影响,本文使用GAMIT/GLOBK10.5软件对东南极区域6个连续GPS测站2005—2014年的实测数据进行解算和平差,并利用最大似然法（MLE）分别估计了在两种假设噪声模型条件下的测站三维运动速度及其不确定性。结果表明：在进行参数估计时,考虑两种有色噪声（闪烁噪声和随机游走噪声）对东南极区域GPS测站三维速度估计的量级影响不大,水平方向最大影响量级为0.3 mm/a,垂直方向最大影响量级为0.8 mm/a;但如果不考虑有色噪声,会严重低估参数估计的真实不确定性。     

陆态网基准站高程时间序列的环境负载效应分析

GPS坐标时间序列呈现显著的季节性变化,以中国大陆构造环境监测网络(CMONOC) 233个GPS测站的高程方向坐标时间序列为研究对象,通过计算环境负载效应改正前后的均方根(RMS)减少率,对比了德国波茨坦地学研究中心(GFZ)与法国斯特拉斯堡大学提供的EOST不同环境负载产品对CMONOC坐标时间序列数据的改善程度.统计结果表明：经过GFZ环境负载产品和EOST环境负载产品改正后分别有90.2%和75.54%的测站RMS减小,说明GFZ的环境负载产品对CMONOC基准站坐标时间序列数据的改善效果更好.同时发现环境负载效应不仅对GPS坐标时间序列中的季节项有明显的改正效果,对非季节项的改善效果也非常明显,经过GFZ提供的环境负载产品改正后有87.8%的GPS测站周年项振幅削弱,有82.4%的测站非季节项的RMS减小.     

IGS站点坐标时间序列噪声特性与季节性变化分析

分析IGS站点坐标时间序列的噪声特性、季节性变化以及地表质量负载对各坐标分量的贡献,对IGS站点坐标数据的干扰改正、测站季节性运动物理机制的研究以及地固参考框架的稳定性维护具有重要的理论意义及实用价值。本文以IGS再分析中心JPL产出的单日解坐标序列产品为研究对象,对站点坐标时间序列的数据预处理方法,噪声特性分析,地表质量负载形变模拟,站点时变季节性变化提取以及站点坐标质量负载形变修正等方面进行了研究,主要内容和结论如下.     

时段选取对大气负荷重力效应的影响分析

针对当前重力观测数据处理中大气负荷效应改正的不确定性问题,该文提出一种分时段改正方法。通过采用不同时段观测数据,基于回归分析方法系统讨论时段选取对大气负荷重力效应改正的影响。利用高精度Wettzell台站超导重力观测数据进行实验分析。实验结果表明:采用不同时段观测数据,大气导纳值差异最大值约为-0.1μGal/hPa;采用不同时段的观测数据进行大气效应改正,其最大差异整体上可以达到2μGal。本文的研究可为精确计算大气负荷重力效应提供一定参考。     

基于IGS连续跟踪站的GPS高程时间序列分析

对全球分布的IGS连续跟踪站GPS高程分量时间序列,进行了小波多分辨率分析,发现各台站高程时间序列大都存在着季节性变化,这种以半周年项和周年项为主的季节性变化是由多种地球物理现象引起的,我们从多个方面分析了原因,并着重分析了大气压强的影响。利用分析的结果讨论了地壳垂直变化的规律,得出地球存在以半年和周年为周期的整体性扩张与收缩振荡运动,同时南北半球的变化规律存在差异的结论。     

利用小波分析IGS跟踪站的非线性运动特征

以中国大陆区域IGS站为例,利用小波变换提取GPS位置时间序列中的半周年、周年、两周年和长期项运动信息,对非线性运动特征的多分辨分析表明:对于周年和半周年运动,水平方向和高程方向的规律特征存在明显差异,两周年运动的周期性较弱且振幅不大,长期项中仍存在较大的波动起伏.对周期性最为明显的垂向季节性运动进行重点分析,从地球物理因素、测站环境和数据解算等方面探讨季节性运动的影响因素.     

The gravitational effect of ocean tide loading at high latitude coastal stations in Norway

Gravity measurements close to the ocean are strongly affected by ocean tide loading (OTL). The gravitational OTL effect consists of three parts, i.e. a change in gravity caused by direct attraction from the variable water-masses, by displacement of the observing point due to the load, and by redistribution of masses due to crustal deformation. We compare the OTL gravitational effect of several global models to observed time-series of gravity to identify the best model for four arctic observation sites. We also investigate if the global models are sufficient for correcting gravity observations. The NAO99b model fits the observations best at three stations. At two stations (Tromsø and Bodø) the global models explain the variability in the observations well. At the other two (Honningsvåg and Andøya), a significant periodic signal remains after the OTL correction has been applied. We separate two of the gravitational effects, the direct attraction and the change in gravity due to displacement, to study the local effects. Simple geometric models of the water load and independent measurements from local tide-gauges are used to calculate these effects. This leads to improved correspondence with the OTL signal, hence demonstrating the importance of careful modelling of local effects for correction of gravity observations in coastal stations.     

IGS跟踪站的大地高时间序列特征分析

应用国内几个IGS跟踪站在U方向的观测数据,分析研究跟踪站大地高的变化趋势。通过对时间序列进行奇异谱分析和傅立叶变换分析,表明大地高时间序列具有一定的周期性,且周期特性明显,时间序列的时频特性表现出明显的区域性。     

顾及MLE的IGS坐标时间序列噪声模型特性分析

以30个GPS基准站坐标序列为对象,提出分别采用赤池信息量准则(AIC)与贝叶斯信息准则(BIC)噪声模型估计准则判定GPS时间序列噪声特性,对比分析GPS时间序列噪声模型特性,探讨不同噪声模型对GPS站速度及其不确定度的影响.结果表明GPS站坐标序列噪声模型主要表现为FN+WN、PL及FN+RW+WN噪声模型特性;FN+WN噪声模型对GPS站速度估计值的影响相对较小,但在U分量影响最为明显;此外,RW对站速度不确定度的影响不可忽略,正确获取模型参数估计的实际不确定度及改正噪声分量对于合理应用GPS坐标时间序列数据具有重要的意义.     

南极IGS基准站时间序列极大似然法分析

针对南极大陆IGS的周期特性、噪声特性、趋势特性等问题,该文采用极大似然法和功率谱分析法分析南极地区8个IGS永久观测站坐标的时间序列。研究结果表明,该地区水平和垂直方向上均有较明显的年周期项,垂直方向上还普遍存在半年周期项。闪烁噪声与白噪声组合能更好描述南极基准站3个分量上噪声特性,各方向上的速率不确定度比只考虑白噪声时要大10~15倍。通过估算基准站水平方向的运动速率,发现该方向上具有较规律的运动趋势:南极洲正缓慢向南美洲移动。     

海潮负荷效应对我国及周边IGS站的影响

针对近海区域海潮变化复杂且海潮负荷效应显著,而全球海潮模型在近海区域精度较低的问题,该文提出了将全球海潮模型NAO.99b和区域模型osu.chinasea.2010相结合,分析海潮对中国大陆及周边地区IGS站的影响。使用GAMIT软件解算IGS站实测数据,通过海潮负荷计算软件SPOTL对解算结果进行改正,并对改正效果进行对比和分析。结果表明,海潮负荷对中国及周边区域站点的影响主要体现在垂直方向,对一些站点的影响可以达到厘米级;海潮负荷对站点坐标的改正效果明显,特别是日本的种子岛站改正效果接近30%;站点改正效果从沿海到内陆逐渐减弱。     

环境负载对区域GPS基准站时间序列的影响分析

基于1999-2011年中国地壳运动观测网络(CMONOC)及2007-2012年武汉市连续运行卫星定位服务系统(WHCORS)的观测数据,联合中国及周边35个IGS基准站数据,采用GAMIT软件解算,获得了ITRF2008框架下的GPS基准站坐标时间序列.然后采用QOCA计算了环境负载位移,并利用其对GPS时间序列进行改正.研究结果表明环境负载造成的中国区域基准站位移呈现显著的区域性特征,东北、华北、华中区域变化较为一致且较大,西南区域基准站(KUNM)垂直方向的负载位移均方根(RMS)最大值达6.09 mm.通过对改正前后的数据进行时间序列分析,认为环境负载改正能够削弱中国区域大多数GPS基准站(约70%)垂直及水平东方向位移时间序列的非线性变化,其加权均方根(WRMS)减小量最大达1.5 mm,但是对于水平北方向坐标时间序列的改善作用不明显.