中国内地GPS坐标时间序列噪声模型特征及其对站点速率影响

为了进一步评估全球定位系统(GPS)时间序列噪声模型水平和垂直速率的大小,及其对误差的影响,选取中国内地227个GPS连续基准站2010—2020年南北、东西和垂直3个方向的坐标时间序列,采用6种噪声模型或噪声组合模型对其进行噪声分析。结果表明,中国内地GPS坐标时间序列噪声模型存在多样性,且部分站点在不同方向的噪声模型也存在差异,主要以一阶高斯马尔可夫+随机漫步噪声(GGMWN)和闪烁噪声+白噪声(FNWN)为主;在100°E附近的GPS站点噪声特性差异最为显著;噪声模型与速率之间的关系分析表明噪声模型对水平向速率的大小和误差影响较小,在现实计算中可不考虑噪声对水平速度的影响,但对垂向速率的大小和误差影响显著;考虑噪声模型可有效提高垂向速率的精度,同时也可能会改变部分站点的垂向运动方向,所以在现实计算中须考虑噪声对垂向速率的影响。

南极半岛地区GPS坐标时间序列噪声分析及形变模式初探

有色噪声广泛存在于各种连续GPS站坐标时间序列,对GPS时间序列分析有重要影响.利用GAMIT/GLOBK软件解算了南极半岛地区8个GPS测站2010—2014年的实测数据,对坐标时间序列使用主分量分析法(PCA)进行了空间滤波,利用CATS软件估计了不同噪声模型下和空间滤波前后的噪声量级、站坐标时间序列参数及其不确定度,最后对南极半岛地区水平和垂向的形变模式进行了分析和讨论.结果表明,南极半岛地区GPS时间序列不仅存在白噪声,还存在较大量级的闪烁噪声,部分测站E方向在滤波前可能存在随机游走噪声;空间滤波能够有效降低这三种噪声的量级,从而有效减小线性项和周期项估计的不确定度;南极半岛地区在水平方向主要表现为板块运动,还可能存在局部性构造运动;在垂直方向上由冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment,GIA)因素引起的抬升较小,主要表现为现今冰雪质量损失引起的弹性抬升运动.

时间跨度对GPS坐标序列噪声模型及速度估计影响分析

选取全球范围内72个基准站的坐标序列,采用改进的赤池信息量准则、贝叶斯信息量准则对不同噪声模型组合进行噪声分析,得到基准站坐标序列的最优噪声模型及速度参数,探讨时间序列跨度对噪声模型及速度估计的影响。结果表明,基准站坐标序列噪声模型不能由单一的噪声模型表述,其呈现出多样性特征,主要表现为幂律噪声、高斯马尔科夫噪声、闪烁噪声+白噪声特征,且三坐标分量表现出不同的噪声特性;随着时间跨度的增加,坐标时间序列的最优噪声模型、GPS站速度及其不确定度逐渐由发散趋于收敛,随机游走噪声模型的比重有所增加。结果表明10 a以上的时间跨度是较为理想的噪声模型估计尺度。

时间跨度对GPS坐标时间序列噪声模型估计影响分析

文中介绍GPS坐标时间序列模型,并给出GPS噪声模型种类、估计方法及最佳噪声模型评价准则。选取来自IGS08的24个IGS核心站的时间序列作为数据基础,对不同时间跨度的时间序列噪声模型进行定量分析,探讨其随着时间变化的演化规律。结果表明:当时间序列长度较短时,噪声模型的不确定性较大,而12.5a以上时间跨度的噪声模型趋于稳定且主要表现为闪烁噪声加白噪声的组合噪声模型;大跨度时间序列中噪声的长周期分量变得显著。

GPS基准站坐标分量时间序列的噪声特性分析

用功率谱密度和谱指数估计的方法对中国大陆不同地理位置上的3个GPS基准站的站坐标分量的噪声时间序列特性进行了分析。结果表明,所有9个位置分量的噪声时间序列都具闪烁噪声加白噪声的特点,这与世界上其它地方的许多GPS连续站的分析结果一致,可能说明这种噪声特征是GPS观测技术固有的。因此,在分析GPS观测得到的时间序列时,应当顾及这种噪声特性,适当地加权以得到比较切合实际的结果。详细介绍了分析的步骤和方法,对进一步的研究提出了建议。

顾及共模误差的大区域GPS网坐标时间序列噪声分析

噪声分析对GPS时间序列分析有着重要影响,然而针对时间跨度较长的大尺度GPS网的共模误差相关研究较少。本文选取了平均基线长度大于2000 km的欧洲地区9个GPS台站2006—2014年的数据,使用主成分分析法剔除坐标时间序列的共模误差,同时利用极大似然估计的方法对滤波前后的时间序列进行了噪声分析。结果表明,欧洲地区广域GPS网的噪声模型存在多样性,各个分量具有不同的噪声特性,主要表现为白噪声+闪烁噪声、白噪声+幂率噪声,少部分台站N、E两个方向含有随机漫步噪声。经过空间滤波后,部分台站最优噪声模型发生改变,但仍以白噪声+闪烁噪声、白噪声+幂率噪声为主。滤波对N、E方向速度场影响为0.2 mm/a,U方向速度场影响为0.5 mm/a。

ETS对GPS站坐标时间序列噪声模型建立影响分析

间歇性震颤与滑移ETS是一种大陆地区地震观测中未知的弱震动信号,分析ETS运动对GPS测站的影响有助于建立更为准确的GPS基准站运动模型,为地球动力学研究提供有价值的参考资料。文中以20个GPS基准站为研究对象,对FN+WN、PL+WN、GGM+WN及FN+RW+WN 4种不同噪声模型组合进行噪声分析,探讨ETS对GPS站坐标时间序列噪声模型建立影响,结果表明:ETS引起GPS站坐标序列噪声模型发生变化,且可造成噪声模型的错误估计;在准确估计站速度及其不确定度时必须考虑间歇性震颤与滑移因素,否则可能导致过高估计站速度及其不确定度;随着间歇性震颤与滑移参数的增加,RW的占比显著增加。

基于最大熵谱估计的GPS坐标时间序列噪声分析

通过提取苏通大桥GPS坐标序列,对不同时间观测的同一监测点时间序列采用db6小波函数进行五层分解并去噪处理,得到噪声序列。然后采用最大熵谱估计分析GPS坐标分量的信号噪声特性,并与传统的谱分析方法相比较。结果表明,GPS坐标时间序列主要含有白噪声与闪烁噪声,随机漫步噪声不明显。因此,在分析GPS观测得到的时间序列时,应当顾及这种噪声特性,适当地加权以得到比较切合实际的结果。

基于SSA探测GPS坐标时间序列的阶跃

探测可能存在的阶跃是GPS坐标时间序列预处理的关键步骤,自动化探测阶跃对于密集台站或数量庞大的GPS网络管理具有重要意义。本文提出基于奇异谱分析的阶跃自动探测方法,并验证该方法的有效性。实验表明,该方法可以探测出有明显台阶的阶跃,且震后形变等瞬态运动不影响探测结果,但对于与背景运动差异不明显的阶跃存在一定的局限性。

采用方差-协方差分量估计GPS时间序列噪声特性

本文采用方差-协方差分量估计分析GPS残差时间序列噪声特性。介绍了该方法如何运用于GPS时间序列分析,详细的推导了函数模型,建立了数据处理流程。对比传统的极大似然估计,该方法可以定量计算各噪声分量的大小,并且具有计算速度快,数学模型严谨等优点。

顾及共模误差的西南极GPS坐标时间序列噪声分析

使用Bernese 5.2软件双差定位程序处理西南极区域24个GPS基准站9 a的观测资料,获得各站单日解坐标时间序列。利用主分量分析法和独立分析法对其进行空间滤波,对比分析2种方法的滤波效果,然后采用极大似然估计法分析滤波前后各站时间序列的噪声特征,建立最优噪声模型,并分析共模误差对测站速度的影响。结果表明,2种方法均能有效提取西南极区域共模误差,主分量分析法的滤波效果略优于独立分析法;西南极区域GPS站的噪声模型具有多样性,各分量的噪声特征存在差异,主要以WN+FN、WN+ARMA(1)为主;去除共模误差后,部分测站最优噪声模型发生改变,最优噪声区域的分布特征不明显;空间滤波对测站速度场的影响小于0.1 mm/a,但可降低白噪声和有色噪声的量级,从而大幅度减小速度不确定度。

中国大陆GPS连续站时间序列噪声分析

GPS位置时间序列中不仅存在白噪声,还存在大量的闪烁噪声。如果只使用纯白噪声的协方差矩阵来估计速度,速度的不确定性会被严重低估。利用频谱分析和极大似然估计的方法对中国大陆地壳运动观测网络的264个GPS连续站长达20 a的GPS坐标时间序列进行了噪声分析,并计算出每个测站速度的不确定性。结果表明东、北及垂直方向上呈现了不同的噪声特性。频谱分析估计的光谱指数高于极大似然估计的指数,但均在-1附近,表明主要的噪声模型是白噪声加闪烁噪声。使用不同的噪声模型计算的速度不确定性存在较大差异,在东、北及垂直方向上,最优噪声模型计算的速度不确定性分别是只使用白噪声模型的(11.5±2.1)倍、(12.9±2.9)倍和(14.8±3.7)倍。利用极大似然估计方法与FOGMEx方法所计算的速度差距不大,在东、北及垂直方向上,利用极大似然估计方法所计算的速度不确定性分别是FOGMEx方法的(2.8±1.5)倍、(1.5±0.7)倍和(3.5±2.8)倍。

中国大陆连续GPS时间序列垂向周期信号空间分布

利用中国大陆构造环境监测网络连续GPS基准站数据,揭示垂向周期振幅及相位的空间分布特征。结果表明,各站垂向周期信号表现出明显的季节变化,半年周期信号的平均振幅只有年周期信号的1/4,二者呈现出不同的空间分布。年周期信号的振幅在空间上自西向东逐渐递减,东南沿海地区振幅较小,川滇地区年周期振幅较大;半年周期振幅自西南向东北逐渐减小,华北地区和川滇地区的半年周期现象较为明显。年周期与半年周期信号的相位有较大差异,年周期信号的峰值出现在2月到8月之间,半年周期信号峰值大多出现在1月和5月,并且有明显的分区特征。年周期信号峰值出现的时间会随纬度的增大逐渐变晚,同纬度下沿海地区的年周期信号峰值出现月份晚于内陆;半年周期信号峰值在西南、东北、华北地区多出现在5月,在华南、华中、西北北部地区多出现在1月。

GPS高程数据时间序列分析

对GPS台站时间序列进行了研究 ,对我国IGS连续跟踪站高程分量的数据进行谱分析和小波分析 ,用最小二乘法将时间序列的白噪声与有色噪声分离 ,并利用AR模型建模。通过分析 ,获得拉萨。

陕西连续GPS基准站坐标时间序列分析

对陕西省GPS连续基准站2011-01-01～2013-05-30坐标时间序列进行分析,利用区域叠加滤波分离出共模误差,滤波后站坐标时间序列N、E、U方向的平均均方根分别减小69%、60%和41%。通过谱指数计算发现,空间滤波后的时间序列含有白噪声和有色噪声;利用CATS软件对各噪声分量估计发现,垂直方向噪声分量大于水平方向;空间滤波使闪烁噪声大幅减小,部分站出现随机漫步噪声。

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。

GPS误差的时间序列分析建模研究

定位精度是影响全球定位系统(GPS)应用的重要因素之一,目前采用的差分GPS虽然能够有效地提高定位精度,但属于非自主式定位方法,易被发现和攻击,限制了系统的应用范围;而组合导航定位系统结构复杂,实现成本较高。利用时间序列分析方法,分析GPS误差序列的统计特性,建立误差模型,可有效地改善GPS预报结果,提高定位精度。结合实际采样数据,给出了具体实现方法,实验结果表明了利用时间序列分析方法进行GPS数据建模分析的有效性及可行性。

基于有色噪声模型的GPS速度场精度与时间序列长度相关性研究

利用2010—2015年陆态网络GPS连续观测站的三维站坐标时序资料,在采用最大似然估计MLE方法计算得到云南地区GPS基准站三维站坐标分量最优噪声模型的基础上,进一步定量对比分析了有色噪声和白噪声模型下陆态网络GPS连续站速度场稳定性与时间序列长度的关系。结果表明:在闪烁噪声模型下,中国大陆大部分地区GPS连续站1a时段的速度不确定度大。而随着时间的逐年累积,闪烁噪声模型下的速度不确定度与同时段白噪声模型下的差异逐步减小,闪烁噪声模型下3~4a时段的速度不确定度与同时段白噪声模型的差异小于0.2mm。研究说明在有色噪声模型下要获得高精度的速度场需要3~4a的观测数据,白噪声模型下GPS速度场精度可靠可信的前提是采用不少于3~4a的数据。

基于速率的Allan方差的GPS坐标时间序列噪声特性分析

GPS坐标时间序列中存在时空相关的噪声,对其进行噪声特性分析具有重要意义,基于此,本文采用基于速率的Allan方差对其进行分析,选取6个GPS基准站坐标时间序列数据进行试算,并将计算结果与最大似然估计得到的结果进行对比,验证了基于速率的Allan方差方法的有效性及优越性。

GPS坐标时间序列分析研究

近20年来,以GPS为代表的空间大地测量技术观测精度不断提高,已累积了丰富的、高精度、全球覆盖的坐标时间序列数据。这些数据为研究不同时空尺度下的各类地球物理现象提供了重要的数据支撑和大地测量几何约束。然而,由于GPS坐标时间序列中同时包含了各类“信号”和“噪声”,而且噪声来源复杂,信号类型多样,水平和高程分量上信号与噪声的表现形式差异较大。如何从原始序列中提取可靠的“信号”、分离出“误差”是目前地学界研究的热点和难点之一。