陆态网基准站长时间序列变化分析
(文献综述)
- 绪论
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,简称GNSS)是能够在地面或者近地空间为用户全天候的提供三维坐标,速度以及时间信息的空基卫星无线电导航定位系统的总称。目前其代表性的系统包括美国的全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS),俄罗斯的格洛纳斯系统(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM,简称GLONASS),中国的北斗系统(BeiDou Navigation Satellite System,简称BDS),以及欧盟的伽利略系统(Galileo satellite navigation system)。中国大陆构造环境监测网络(Crustal Movement Observation Network of China,简称"中国陆态网")在此基础建成。陆态网以卫星导航定位系统(GNSS)观测为主,辅以甚长基线干涉测量(VLBI)人卫激光测距(SLR)等空间技术,并结合精密重力和水准测量等多种技术手段,建成了由260个连续观测和2000个不定期观测站点构成的、覆盖中国大陆的高精度、高时空分辨率和自主研发数据处理系统的观测网络。主要用于监测中国大陆地壳运动、重力场形态及变化、大气圈对流层水汽含量变化及电离层离子浓度的变化,为研究地壳运动的时空变化规律、构造变形的三维精细特征、现代大地测量基准系统的建立和维持、汛期暴雨的大尺度水汽输送模型等科学问题提供基础资料和产品。
- 本文研究的意义
目前全球拥有成千上万的GPS连续观测站,经过多年的连续观测,积累了相当丰富的GPS观测数据,GPS坐标时间序列的研究价值也日渐显现出来。对GPS坐标时间序列进行分析研究己成为当前国际大地测量领域内的一个热点研究问题,也将GPS应用于地学研究推进了一个崭新的阶段。中国陆态网结合中国大陆地区的地形地貌特点和地壳运动趋势及地壳形变特征等要素进行建设,并结合实际运行情况建立了一批国家级GPS连续监测参考站。自2010年中国陆态网运行以来,积累了比较丰富的GPS观测数据,为我国的大地测量学及地球动力学研究提供了精确的基础数据。通过对这些观测数据研究与分析,为我国的地壳形变规律、地震趋势报告、边界勘查、测绘基准建设及维持高精度的坐标框架提供服务。
- 国内外研究现状及应用领域
3.1 时间序列研究方法
GPS时间序列分析主要分析方法有主成分分析法、小波分析法、频谱分析法等。主成分分析法作为基础的数学分析方法,其实际应用也十分广泛。在GPS观测站点时间序列分析中利用主成分分析方法去除共模误差来提高GPS坐标时间序列的信噪比,进一步提髙基准站观测精度。小波分析方法拥有提取时间序列时间和频率特征,能够分析信号的局部特征和多尺度分辨率的特点,可对GPS时间序列进行由粗到细的逐步观察,解决时间分辨率和频率分辨率的矛盾。频谱分析是将时间域上的观测数据通过傅里叶级数转换到频率域内进行分析,它有助于确定时间序列准确的周期性并判别隐蔽性和复杂性的周期数据。
3.2时间序列研究内容
在时间序列的研究上,Agnew第一次将"Power-Law"噪声(幂律噪声)的概念引入到大地测量数据处理中来,并在实际数据解算过程中发现连续测量数据中的噪声不是纯粹的白噪声。黄立人的研究表明大部分站的各坐标分量时间序列的噪声可以用白噪声 闪烁噪声的模型来描述, 少部分则可用白噪声 闪烁噪声 随机漫步噪声的模型来描述。王敏用国际卫星对地观测资料及各类地球物理模型, 定量计算海潮 、大气、积雪和土壤水、海洋非潮汐 4 项负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此研究和修正这些非构造形变对中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列的影响.研究发现此 4项负荷效应, 特别是大气、积雪和土壤水, 对于测站垂向位置的影响显著.
3.3 时间序列主成分分析
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