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天山地区GPS连续站高程时间序列分析

作　者: 刘开宇
导　师: 王琪
学　校: 中国地震局地震研究所
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: GPS 高程时间序列谱指数小波分析
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

二十世纪90年代初,IGS(International GPS Service for Geodynamics)的建立标志着GPS全球定位系统应用于地球物理研究工作的开始。世界上各个国家的地学研究机构开始在不同的国家、不同的地区建立起GPS连续跟踪站。随着GPS连续跟踪站的大量涌现,积累了大量的数据,使得GPS对于地球物理研究的可行性与可靠性大幅提高。UNAVCO Facility(美国卫星导航系统与地壳形变观测研究大学联合体)在全世界范围内建立了大量GPS连续跟踪站,本论文利用该机构在天山地区的若干连续站观测数据进行研究。本文前面部分介绍了时间序列分析的基本理论,各种时间序列模型；介绍了时间序列分析常用的各种方法,例如最小二乘线性拟合、功率谱密度的计算以及小波多分辨率分析等。在本文的后半部分,先筛选了数据连续性较好,缺值情况较轻的11个连续跟踪站。通过高精度GNSS数据处理软件-Bernese解算得到了这些连续站十年左右的高程方向的原始坐标时间序列。然后利用最小二乘线性拟合的方法,从原始坐标时间序列中提取出线性运动速度,并将线性运动趋势从原始坐标时间序列中予以剔除,获得了无线性趋势的残差时间序列。通过计算发现,唯一一个位于天山地区以外的作为参考而选择的KRTV站在十余年间站线性运动的趋势不明显,其他10个连续观测站的线性拟合的斜率均为正值,并且在大小上呈现出良好的区域一致性,说明该地区在过去十余年间存在整体的隆升趋势。随后,对残差时间序列进行了谱分析,利用Welch方法计算功率谱的谱指数。分析结果表明,除少数站(3个)的噪声模型可以表示为白噪声+闪烁噪声外,其他站均需要用白噪声+闪烁噪声+随机漫步噪声的模型描述(即其谱指数均小于-1)。最后对时间序列进行了小波多分辨率分析,利用Coiflets小波滤波器,提取出各个跟踪站的年周期项和半年周期项。并统计了各个测站周年项与半周年项的振幅以及最大值出现的月份。通过分析发现,各个跟踪站均具有明显的季节性变化项,并且这种变化表现出一定的区域性。这种季节性的变化趋势是由各种复杂的地球物理因素引起的。因此在进行高精度的地壳形变监测时,应当选择相同季节的进行GPS重复观测,以排除季节性误差的影响。

全文目录

作者简介  6-7
中文摘要  7-9
ABSTRACT  9-12
第一章绪论  12-19
  1.1 问题的提出  12-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
  1.3 本文的主要内容  18-19
第二章时间序列分析原理  19-29
  2.1 时间序列概述  19-22
    2.1.1 平稳时间序列的定义  19-20
    2.1.2 平稳时间序列的数字特征  20-21
    2.1.3 时间序列的平稳性检验  21-22
  2.2 常用时间序列分析方法  22-29
    2.2.1 线性拟合  22-25
      2.2.1.1 一次线性拟合  23-24
      2.2.1.2 二次拟合函数  24-25
    2.2.2 谱分析  25-26
    2.2.3 小波多分辨率分析  26-29
第三章 GPS 高程时间序列处理结果与分析  29-59
  3.1 数据的预处理  29-35
    3.1.1 站点的选择  29-30
    3.1.2 原始高程坐标序列的获得  30-35
  3.2 线性拟合  35-44
    3.2.1 提取线性速率  36-40
    3.2.2 获得残差时间序列  40-44
  3.3 谱分析  44-48
    3.3.1 Welch法求功率谱  44-45
    3.3.2 谱指数求解  45-48
  3.4 小波多分辨率分析  48-59
    3.4.1 高程方向季节性变化的影响因素  48-49
    3.4.2 小波多分辨率分析  49-59
第四章总结与展望  59-61
  4.1 总结  59-60
  4.2 展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64

天山地区GPS连续站高程时间序列分析

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