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GPS台站时间序列分析及其地壳形变应用

作　者: 贺小星
导　师: 周世健
学　校: 东华理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: GPS时间序列共模误差地表负荷季节性信号
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 97次
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内容摘要

上世纪90年代初IGS（International GPS Service for Geodynamics）的建立标志着GPS（Global Positioning System）应用于地球物理研究的开始。随着卫星定位系统测量定位精度的提高，全球分布的连续运行台站（本论文主要对IGS台站进行分析）积累了数十年的观测资料，得到了许多有价值的认识。GPS时间序列中不仅包含着构造运动信号，也包含着非构造运动信号、季节性信号等噪声，夹杂的噪声影响GPS解的可靠性，对一些地球物理现象甚至可能做出错误的解释。如何高效、快速的剔除这些噪声，分离非构造运动信号的影响，是GPS坐标时间序列中的关键问题之一。本论文主要对100个IGS连续运行参考站6年的时间序数据进行分析。论文的前半部分主要介绍了时间序列的基本原理与分析方法，同时对空间大地测量数据后处理软件GAMIT和QOCA作了详细介绍。主要从构造信号、共模误差（CME）、地表负荷引起的台站位移、台站周年运动展开，对GPS坐标时间序列中包含的噪声进行分析。通过采用主成分分析法结合Karhunen-Loeve expansion的时空滤波对坐标序列进行滤波处理，结果表明PCA能较好的剔除坐标序列中的非构造信号，提高信号的信噪比；并通过对一个区域台站网进行分析，结果表明GPS坐标序列能较好的反映地震孕育过程（震前形变、同震形变及震后余滑）。论文的后半部分主要采用功率谱分析的方法对GPS时间序列中周期信号进行分析，发现GPS坐标时间序列存在倍频约为1.04cpy的异常周期信号，并对其物理来源进行探讨。分析得出构造运动、共模误差、地表负荷等引起的台站位移不能对其作出相应的解释。该异常周期信号与GPS星座绕太阳运动的轨道重复周期（GPS年，约315.2天，1.040cpy）相吻合，认为该异常周期信号可能的解释是源自未模型化的GPS系统误差。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 引言  9-17
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 GPS 台站坐标序列模型  11
    1.2.2 GPS 台站坐标序列噪声分析方法  11-13
    1.2.3 GPS 台站坐标时间序列噪声研究进展  13-15
  1.3 主要研究内容  15-17
    1.3.1 GPS 坐标时间序列数据处理  15
    1.3.2 GPS 台站时间序列噪声处理分析  15-16
    1.3.3 GPS 台站时间序列地形变应用研究  16
    1.3.4 GPS 台站时间序列周期信号分析  16
    1.3.5 本文的技术路线  16-17
2 时间序列分析  17-23
  2.1 时间序列基本概念  17
  2.2 时间序列组成成分  17-18
  2.3 时间序列的主要特征  18-20
    2.3.1 时间序列的相关性  18-19
    2.3.2 时间序列的平稳性与非平稳性  19-20
    2.3.3 时间序列的波动聚集性  20
  2.4 时间序列模型  20-21
  2.5 时间序列分析方法  21-22
  2.6 本章小结  22-23
3 空间大地测量数据后处理软件  23-35
  3.1 GAMIT 软件  23-26
    3.1.1 GAMIT 软件概述  23
    3.1.2 GAMIT 软件安装  23-24
    3.1.3 GAMIT 软件的特点  24
    3.1.4 GAMIT 软件数据处理流程  24-26
  3.2 Quasi-Observation Combination Analysis(QOCA)软件  26-34
    3.2.1 QOCA 概述  26-27
    3.2.2 QOCA 的安装方法  27-28
    3.2.3 QOCA 数据处理  28-34
  3.3 本章小结  34-35
4 GPS 时间序列在地壳形变中应用  35-49
  4.1 GPS 时间序列在地壳形变中应用概述  35-36
  4.2 GPS 时间序列数据处理  36-41
    4.2.1 GPS 时间序列来源  36-37
    4.2.2 GPS 时间序列数据处理流程  37-41
  4.3 GPS 时间序列在地壳形变中应用  41-48
    4.3.1 PCA/ KLE 空间滤波  42-43
    4.3.2 PCA/ KLE 空间滤波数学模型  43-45
    4.3.3 GPS 时间序列监测地壳形变  45-48
  4.4 本章小结  48-49
5 GPS 时间序列中的周期信号分析  49-65
  5.1 GPS 坐标时间序列周期性信号概述  49-50
  5.2 GPS 时间序列周期性信号分析  50-53
    5.2.1 GPS 时间序列噪声特性  50
    5.2.2 GPS 时间序列功率谱模型  50-51
    5.2.3 快速傅立叶变换  51-52
    5.2.4 GPS 时间序列功率谱  52-53
  5.3 共模误差与异常周期信号  53-54
  5.4 地表质量负荷与异常周期信号  54-57
  5.5 未模型化的 GPS 系统误差与异常周期信号  57-58
  5.6 GPS 台站周年运动  58-63
  5.7 本章小结  63-65
6 总结  65-67
  6.1 本论文的主要工作如下  65
  6.2 展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间参加的项目和发表的论文  73

GPS台站时间序列分析及其地壳形变应用

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