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CORS站坐标时间序列数据噪声分析与周期性研究

陈晨  
【摘要】:全球性的IGS基准站和区域性的连续运行参考站(CORS)所积累的大量的观测数据为大地测量学及地球动力学研究提供了丰富的数据源。利用高精度GNSS数据处理软件获得的基准站坐标时间序列数据可以反映出站点连续性与稳定性的情况。然而对坐标时序中广泛存在噪声信息与季节性周期变化认识不足会直接影响到坐标解算值的精度。已有的研究中假设坐标时间序列中仅存在白噪声的做法会导致对基准站的位置与速度估计误差过小;选取的坐标时序长度不够以至于对周期性分析不足会造成基准站高程方向坐标解算误差偏大等。本文针对坐标时间序列中存在的噪声类型与周期性问题,选用香港CORS站16个站点2014年5月-2017年8月共40个月的观测数据,以GAMIT/GLOBK软件进行数据处理获得的CORS坐标时间序列数据为研究对象,采用不同的方法全面分析坐标时序中的噪声特征与周期性特征,对于获得高精度香港CORS站位置和运动速度的精度、提高香港地区地壳形变监测精度以及促进华南块体构造运动研究等科学问题具有一定的研究意义。主要研究内容如下:(1)针对香港CORS站坐标时间序列的获取问题,研究了GAMIT/GLOBK软件的使用方法和数据处理流程,并设计了详细的基线解算策略和网平差方案。结果表明,通过数据处理所获得的坐标解算值能达到毫米级精度。(2)剔除香港CORS站坐标时序中存在的异常点。对数据缺失的情况,采用三次多项式插值法进行插值处理,获得了与原始坐标时间序列的趋势项保持一致的坐标时序。最后进行零均值化处理,获得了均匀采样无间断且具有零均值特性的坐标时间序列。(3)采用极大似然估计法对14种噪声模型下的CORS站坐标时间序列进行分析,得到其极大似然估计值。根据最优噪声评价准则从数学角度来判定香港CORS站的最优噪声模型,发现噪声特征呈现多样化的特征。分析了顾及有色噪声模型对参数估计的影响规律,得到各个CORS站在最优噪声模型下的线性速度,并建立了香港CORS站水平方向上的速度场。(4)采用小波多分辨分析同时从时域与频域的角度分析了香港CORS站高程方向上的坐标时间序列,结果表明CORS站在高程方向上的位置变化具有夏季变化大、冬季变化小的季节性特征。根据小波降噪原理,对高程方向上的坐标时序进行硬阈值降噪和软阈值降噪,并根据噪声质量评价指标分析了它们之间的差异。(5)采用功率谱分析的方法获得了香港CORS站坐标时间序列中大多数参考站在三个坐标分量上普遍具有0.5年和1年周期项。采用最小二乘法反演谱指数,通过分析谱指数值,确定了CORS站坐标时间序列中不仅含有白噪声,而且含有色噪声,与极大似然估计法分析的结果基本一致。


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