收藏本站
《中国地震局地质研究所》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

GPS位置时间序列中的中长期误差研究

田云锋  
【摘要】:连续GPS(global positioning system)已成为监测地壳形变的主要手段之一,遍布于全球的数千个GPS台站为研究板块运动、断层滑动、强震形变场等提供了可靠的数据。在GPS位置时间序列中还包含了时、空相关的噪声,与构造活动造成的位移混叠在一起,难以分离。如何有效地提取与剔除GPS中的非构造成分已成为国际上的前沿研究。本论文开展的研究内容对于加深GPS中噪声性质、起源的认识具有重要意义,并最终有益于GPS应用领域的进展。 本论文的研究对象是GPS位置时间序列中的中-长期(T 1天,即日尺度至十年尺度)误差,主要表现为共模误差(common-mode error,即CME),即全球框架下区域网空间尺度上GPS台站位置中的公共运动。论文从非构造噪声的特征入手,利用时间序列分析理论来确定噪声的类型和强度、分析GPS台站周期性运动的振幅、相位特征,通过比较有色噪声的大小、周期项的振幅或相位、沉降或抬升趋势等,筛选出相对稳定的GPS台站;基于GPS台站残差位置时间序列,采用相关性分析来研究GPS台站间公共噪声的空间变化规律,研究提取不同空间尺度上CME和瞬态构造信息的空间滤波技术;研究参考框架的稳定性对CME的影响。 为了获取高质量的GPS位置时间序列,本论文采用最新版本的数据处理软件(GAMIT/GLOBK v10.3)、模型,对中国地壳运动观测网络(Crustal Motion Observation Network of China,即CMONOC)GPS基准站及100多个ITRF2005 GPS框架站自1999年以来近11年的历史数据进行了重新解算,所得GPS台站位置时间序列是本论文的主要数据来源。同时,本论文也参考了SOPAC(Scripps Orbit and Permanent Array Center)、JPL(Jet Propulsion Laboratory)和CMONOC数据中心产出的GPS位置时间序列成果,在有色噪声、周期项、CME等方面进行了对比。 全球框架下GPS位置时间序列中的CME是相关噪声(并非白噪声)。本论文以中国境内GPS基准站网络为主要研究对象,利用最大似然估计分析了CMONOC网络中GPS基准站位置时间序列中有色噪声的类型,除闪烁噪声和随机漫步噪声之外,还考虑了分数谱指数幂指数噪声、一阶高斯-马尔科夫噪声、带通滤波噪声,发现CMONOC网络中主导有色噪声类型为闪烁噪声,这与其他地区的研究成果一致。经过空间滤波后的GPS位置时间序列中噪声的大小(尤其是闪烁噪声)明显减小,表明CME主要具有闪烁噪声的性质。考虑有色噪声时,各站的速率估计方差要增大一个量级以上,但多在1 mm/a以内。 基于本论文的CMONOC数据再分析结果,获取了GPS基准站周年运动特征的新认识。在海拉尔(HLAR)、哈尔滨(HRBN)等地发现了难以解释的周年运动。而几个短基线台站对(如长春CHAN-CHUN、昆明KMIN-KUNM)的对比结果显示,局部因素能够造成周年项振幅或相位的明显差异。对于周边没有其他GPS连续站的台站来说,对其观测结果的解释要慎重。探索了GPS位置时间序列中周期项的起因。计算了大气、土壤水等地表质量负荷造成的垂向周年运动,发现大多数台站的垂向周年项可以用负荷效应较好地解释,但是在南方台站(QION、YONG、XIAM)、拉萨(LHAS、LHAZ)、和塔什库尔干(TASH)等地,仍有较大的残余周年项振幅,表明尚存在其他未知的因素或较大的模拟残差。针对拉萨站,地球物理负荷改正后尚有2~3 mm的残余振幅,其周边GPS台站的验证结果表明拉萨GPS台站垂向周年项的相位没有明显异常,振幅偏大。在青藏高原和喜马拉雅地区,GPS垂向分量周年项主要受到地表水体因子控制,存在明显的相位变化。 在CMONOC及周边IGS(International GNSS Service)台站的位置时间序列中均发现了周期约为351/n(n=1,…,6)天的“异常”周期项。此类周期项是全球框架下GPS位置中CME的组成部分,经过空间滤波后,大部分“异常”周期项消失。地表质量负荷造成的位移序列中并没有与前述“异常”周期项对应的成分,不是异常周期项的来源。 提出了一套新的空间滤波思路用于提取共模分量( common-mode component,即CMC)──即传统的CME和区域构造信号。该新方法采用两种加权因子:1)采用台站残差位置时间序列间的相关性大小作为距离加权因子;2)利用基于CMC基准站的Voronoi图形面积作为方位加权因子。与传统的区域叠加滤波方法相比,本论文提出的相关加权叠加滤波能够带来5%~15%的残差RMS(root mean square)改进。通过变换距离因子,新方法能够提取不同空间尺度上的CMC,例如发生在消减带地区的慢滑移事件。与以往的方法相比,本论文提出的相关加权叠加滤波技术不再受空间尺度的限制,也不需人工干预。 采用相关加权叠加滤波技术分析了127个全球GPS台站的公共噪声,在96个台站提取到了CMC序列。较大CMC的台站位置与闪烁噪声大小的空间分布规律对应,即CMC大的地区闪烁噪声也大,但与周年项的振幅没有明显的相关关系。CMC的主要成分的空间尺度达上千公里,其大小的空间分布规律与框架站的分布密度存在联系:即框架站密集的地区CMC小。因此,参考框架定义的不稳定性可能是CMC的主要来源。 本论文最后探索了框架站的非线性运动对GPS定位结果的影响:1)发现CMC、闪烁噪声等与框架稳定性存在相关性;2)在框架定义前进行大气压力负荷改正、消除部分垂向周年运动对框架定义的影响时,白噪声或闪烁噪声略微减小。 本论文的研究加深了对GPS中非构造信号的认识,在数据滤波和非构造信号消减方面取得了令人满意的成果。然而,针对GPS位置时间序列中误差的分析还很有限,许多GPS数据获取和处理过程中涉及的噪声尚需进一步的分析,仍需不断深入地开展研究,以加深对GPS信号和噪声剔除的理解,从而促进构造形变研究的进展。
【学位授予单位】:中国地震局地质研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P228.4

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 甘卫军,沈正康,张培震,任金卫,万永革,周德敏;青藏高原地壳水平差异运动的GPS观测研究[J];大地测量与地球动力学;2004年01期
2 黄立人;;GPS基准站坐标分量时间序列的噪声特性分析[J];大地测量与地球动力学;2006年02期
3 杨国华;汪翠枝;杨博;张风霜;刘峡;韩月萍;;ITRF框动对GPS连续观测的影响研究[J];大地测量与地球动力学;2009年04期
4 王敏;沈正康;董大南;;非构造形变对GPS连续站位置时间序列的影响和修正[J];地球物理学报;2005年05期
5 任金卫,王敏;GPS观测的2001年昆仑山口西M_S8.1级地震地壳变形[J];第四纪研究;2005年01期
6 张培震,王琪,马宗晋;中国大陆现今构造运动的GPS速度场与活动地块[J];地学前缘;2002年02期
7 张培震,王敏,甘卫军,邓起东;GPS观测的活动断裂滑动速率及其对现今大陆动力作用的制约[J];地学前缘;2003年S1期
8 沈正康,王敏,甘卫军,张祖胜;中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究[J];地学前缘;2003年S1期
9 万永革,王敏,沈正康,陈杰,张祖胜,王庆良,甘卫军;利用GPS和水准测量资料反演2001年昆仑山口西8.1级地震的同震滑动分布[J];地震地质;2004年03期
10 黄立人;符养;;GPS连续观测站的噪声分析[J];地震学报;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 符养;中国大陆现今地壳形变与GPS坐标时间序列分析[D];中国科学院研究生院(上海天文台);2002年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨强;党亚民;秘金钟;;利用ARMA模型改进GPS高程时间序列的研究[J];北京测绘;2007年03期
2 方世虎,郭召杰,张志诚,吴朝东;中新生代天山及其两侧盆地性质与演化[J];北京大学学报(自然科学版);2004年06期
3 王锐;马知途;李飞;周仕勇;;横波分裂研究方法分析及中国大陆地区横波分裂的构造含义[J];北京大学学报(自然科学版);2010年06期
4 滕吉文;;当代中国地球物理学的发展势态与在地球系统科学研究进程中的使命[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年05期
5 滕吉文;刘财;韩立国;阮小敏;闫雅芬;张永谦;;汶川—映秀M_S8.0地震的介质破裂与深部物质运移的动力机制[J];吉林大学学报(地球科学版);2009年04期
6 肖根如;甘卫军;陈为涛;程佳;;青藏高原班公—怒江缝合带现今运动状况的GPS观测研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2010年06期
7 李金平;陈向阳;乔立湖;;小区域地壳变形监测与分析研究[J];测绘工程;2007年04期
8 李金平;;中国西部现今地壳形变与地震活动特征[J];测绘工程;2008年01期
9 田亮;孙付平;陈坡;崔建勇;;GPS测站坐标非线性变化研究方法的比较与分析[J];测绘工程;2011年02期
10 杨强;党亚民;秘金钟;;基于IGS连续跟踪站的GPS高程时间序列分析[J];测绘科学;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈祖安;林邦慧;白武明;程旭;王运生;;2001年8.1级昆仑山大震破裂过程及对2008年汶川8.0级大震孕育发生影响的研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
2 廖超明;李建常;;基于GPS技术的广西区域现今地壳垂直运动特征分析[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
3 刘伟;李昭;邓连生;袁鹏;;GPS高程时间序列的季节性变化分析 周期项提取与残差时间序列模型建立[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S08卫星导航模型与方法[C];2012年
4 于海英;杨永强;江汶乡;解全才;;近断层加速度记录零线校正方法[A];第八届全国地震工程学术会议论文集(Ⅰ)[C];2010年
5 薄万举;;GPS展示的中国大陆主要相对变形特征及强震活动研究[A];第十三届中国科协年会第12分会场-测绘服务灾害与应急管理学术研讨会论文集[C];2011年
6 ;Paleomagnetic result of the Cenozoic volcanic rocks from the Tuoyun Basin,southwest Tien Shan of China and its tectonic implications[A];中国科学院地质与地球物理研究所二○○四学术论文汇编·第一卷(地球深部)[C];2004年
7 滕吉文;;地球物理学及地球动力学研究与计算数学[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(中)[C];2011年
8 滕吉文;杨辉;张洪双;张雪梅;闫雅芬;张永谦;阮小敏;;汶川-映秀8.0级大地震的发生与岩石圈精细速度结构和动力机制[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(中)[C];2011年
9 廖超明;张勇;李碧;唐丹;;广西北部湾区域现今地壳运动特性研究[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十四次学术信息交流会论文集[C];2010年
10 臧绍先;魏荣强;宁杰远;富起来;;GPS测量为板块构造运动提供的机遇和挑战[A];《大地测量与地球动力学进展》论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曹学伟;基于大地测量资料的区域构造应力场反演及模型研究[D];山东科技大学;2010年
2 蔡华;GNSS大网实时数据快速解算方法应用研究[D];武汉大学;2010年
3 方荣新;高采样率GPS数据非差精密处理方法及其在地震学中的应用研究[D];武汉大学;2010年
4 周晓成;汶川Ms 8.0地震后川西地区的气体地球化学[D];中国科学技术大学;2011年
5 林淋;汶川地震地面运动场估计及地震烈度与地震动参数相关性分析[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
6 彭小波;汶川地震强震动记录分析及应用[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
7 左廷英;基于先验约束信息的变形监测滤波算法研究[D];中南大学;2011年
8 李春华;基于网络GPS和精华大地水准面的区域实时三维定位理论与应用[D];西南交通大学;2010年
9 闫亮;龙门山活动构造与汶川地震地表破裂研究[D];成都理工大学;2011年
10 张西光;地球参考框架的理论与方法[D];解放军信息工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡乐银;应用InSAR时序分析方法监测断层活动性研究[D];山东科技大学;2010年
2 高峻;地壳高程方向周年运动特征的监测与研究[D];山东科技大学;2010年
3 张勇;不同数值内插方法建立我国速度场模型[D];中国测绘科学研究院;2011年
4 李振;汶川8.0级地震断层摩擦特征研究[D];中国地质科学院;2011年
5 苏小宁;高频GPS单历元定位方法及其在地震学中的应用研究[D];中国地震局地震预测研究所;2011年
6 胡朝忠;塔藏断裂晚第四纪活动性研究[D];中国地震局地震预测研究所;2011年
7 胡幸平;汶川地震序列震源机制及其动力学解释[D];中国地震局地壳应力研究所;2010年
8 董晓燕;基于影像匹配技术的地震形变监测研究[D];中南大学;2011年
9 王凯;鲜水河断裂带关键地段构造应力场数值模拟研究[D];长安大学;2011年
10 樊文静;高精度GPS数据处理及整周模糊度搜索算法的研究[D];长安大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 符养,朱文耀,韩英;基于空间实测数据的中国现今板内运动模型精度分析[J];测绘通报;2002年03期
2 李延兴,沈建华,王敏;华北地区GPS形变监测网的建立与精度分析[J];测绘学报;1994年02期
3 易桂喜,范军,闻学泽;由现今地震活动分析鲜水河断裂带中-南段活动习性与强震危险地段[J];地震;2005年01期
4 刘本培,李建中,李昌芝,刘放;1981年道孚6.9级地震的地壳形变[J];地壳形变与地震;1982年04期
5 傅容珊,黄建华,常筱华,曹抗震;东亚大陆形变应力场格局演化的数值模拟[J];地壳形变与地震;2000年03期
6 顾国华,张晶;中国地壳运动观测网络基准站GPS观测的位移时间序列结果[J];大地测量与地球动力学;2002年02期
7 乔学军,王琪,杜瑞林,陈宗时,游新兆,谭凯;昆仑山口西Ms8.1地震的地壳变形特征[J];大地测量与地球动力学;2002年04期
8 武艳强,黄立人;时间序列处理的新插值方法[J];大地测量与地球动力学;2004年04期
9 杨国华;江在森;武艳强;韩月萍;;中国大陆整体无净旋转基准及其应用[J];大地测量与地球动力学;2005年04期
10 黄立人;;GPS基准站坐标分量时间序列的噪声特性分析[J];大地测量与地球动力学;2006年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨博;张风霜;韩月萍;;多核函数法在GPS时序资料处理中的应用[J];大地测量与地球动力学;2010年04期
2 王解先,葛茂荣,金国雄,钟伟;长距离GPS定轨定位软件在微机上的实现[J];同济大学学报(自然科学版);1997年02期
3 王遗南;全球定位系统在开来沉陷观测中的应用[J];矿山测量;1997年02期
4 张项铎,谢世杰;WGS—84转换为国家实用坐标的研究[J];隧道建设;1997年01期
5 王正明;关于GPS测时精度与共视问题[J];陕西天文台台刊;1998年02期
6 卓力格图,张爱华;GPS与GLONASS的坐标转换[J];地壳形变与地震;2000年02期
7 牛安福,王琪,乔学军;断层活动的最优化定量方法研究[J];地壳形变与地震;2000年02期
8 张小红,李征航,徐绍铨;三峡库区崩滑地质灾害GPS监测试验(示范)的精度评定[J];铁路航测;2000年01期
9 岑长华,肖青,张杰林,刘京晶,于宏,何钟琦,崔振奎;一种新的实用型城市基础信息采集系统——轻型飞机成像光谱集成技术系统[J];铀矿地质;2000年02期
10 党亚民,晁定波,许才军,赵少荣;利用GPS形变资料确定地壳形变的应变特征[J];测绘科学;2001年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 肖洪兵;郭泽荣;;旋转弹载GPS自动跟踪系统设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 许东阳;寇艳红;;GPS L5信号双分量联合跟踪[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
3 曹文涛;郭际明;;基于切比雪夫多项式的GPS轨道标准化方法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S08卫星导航模型与方法[C];2012年
4 解祥成;丰光寅;晏黎明;;GPS水准在长江中游河道演变控制测量中的应用初探[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
5 Hsin-Tai Hsiao;Tsai-Hsin Chang;;Algorithm Design for Long-term GPS Satellite Orbit Prediction[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
6 余涛;王云冈;毛田;曾中超;王劲松;;利用单站电离层测高仪与GPS数据的同化反演试验[A];第28届中国气象学会年会——S15电离层与电波相互作用、空间天气事件数值模拟[C];2011年
7 余涛;毛田;王云冈;曾中超;;利用同化方法进行GPS数据三维电离层反演[A];第十四届全国日地空间物理学术研讨会论文集[C];2011年
8 邓志国;Michael Bender;Galina Dick1;葛茂荣;Jens Wickert;;GPS单频机在水汽层析中的应用[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 李祖洪;郑晋军;张立新;;GPS有效载荷发展对北斗系统的启示[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
10 沈悦;张雷;傅忠谦;王建宇;;基于符号位位并行运算的GPS信号快速处理研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郭卫锋;芜湖建成GPS服务系统[N];中国测绘报;2008年
2 ;安华高推出完整射频模块[N];人民邮电;2008年
3 侯新军 赵迎红;GPS解水库权属纠纷[N];中国测绘报;2008年
4 记者 梁晶晶;贵阳市公安局GPS定位锁定事发现场[N];法制生活报;2008年
5 代希泽;走出选购GPS导航仪误区[N];当代汽车报;2008年
6 吴江;仅有GPS“定”不了公车滥用的“位”[N];工人日报;2009年
7 记者 张玮炜;全市出租车将免费安上GPS[N];大连日报;2009年
8 记者 杨颖;出租车免费安装GPS安全监控设备[N];鞍山日报 ;2009年
9 王涛;国测一大队出征西部开展GPS联测[N];中国测绘报;2009年
10 本报记者 宋轩;美国GPS:加速迈向第三代[N];解放军报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 田云锋;GPS位置时间序列中的中长期误差研究[D];中国地震局地质研究所;2011年
2 李平;智能GPS天线系统中的若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
3 陈伟;基于GPS和自包含传感器的行人室内外无缝定位算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 唐康华;GPS/MIMU嵌入式组合导航关键技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
5 田世君;高灵敏度GPS定位及组合导航技术研究[D];电子科技大学;2009年
6 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 白雪;基于农田特征的车载GPS运动模型辨识及定位误差研究[D];江苏大学;2011年
8 刘有贵;GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究[D];长春理工大学;2011年
9 胡锐;惯性辅助GPS深组合导航系统研究与实现[D];南京理工大学;2010年
10 陈宪冬;GPS精密定位定轨软件研究[D];西南交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄昆学;GPS激光测距系统的算法研究及实现[D];山东科技大学;2010年
2 耿丽红;基于GPS的车速监测系统校准方法研究[D];天津理工大学;2010年
3 刘皓;GPS测量数据后处理方法研究[D];天津理工大学;2010年
4 李玲;基于GPS的车辆定位监控系统的研究[D];天津大学;2010年
5 郭玲娟;GPS/GPRS技术在武警作战指挥辅助决策系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2010年
6 蔡文明;基于A-GPS的定位系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2010年
7 许志民;基于嵌入式计算机的GPS定位设备设计与研究[D];电子科技大学;2009年
8 刘兵;GPS技术在山区石油地震勘探测量中的应用研究[D];昆明理工大学;2008年
9 缪祥柱;工程GPS数据的实用处理技术与方法研究[D];昆明理工大学;2008年
10 安剑英;相关稳健估计在GPS数据处理中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026