有色噪声模型下云南地区GPS基准站速度与周期估计
发布时间：2019-10-02 07:28
【摘要】：基于2010~2014年云南地区25个GPS连续观测站的三维站坐标时间序列结果,通过不同噪声模型对其进行分析,结果表明:各坐标分量具有不同的噪声特性且最优噪声模型存在多样性,闪烁噪声+白噪声和幂律噪声+白噪声为该区主要的噪声模型,垂向分量最优噪声模型的分布表现出以NW向红河断裂带为分界的地域性。噪声模型与测站运动参数的定量分析表明,噪声模型对测站速度不确定度和年周期振幅不确定度影响较大,有色噪声模型下的速度不确定度和年周期振幅不确定度分别是白噪声模型下的3~7倍和2~3倍;噪声模型对速度及年周期振幅产生少量影响,有色噪声模型和白噪声模型下的线性速度估值偏差一般小于1 mm/a,少数测站垂向分量差异超过1 mm/a,年周期振幅估值偏差一般小于0.5 mm/a,且垂向分量偏差大于水平分量,东向分量偏差大于北向分量。
【图文】：
站观测值的数据处理采用GAMIT/QOCA软件完成(Herringetal，2010)。数据处理的基本流程(王敏等，2005，2007)是首先利用GAMIT获得陆态网络253个连续站及90个国际IGS测站的单日松弛解，同步观测的测站较多时，采用分区处理。完成GAMIT计算之后，利用QOCA软件将计算所得的各区单日松弛解进行综合平差，在此基础上通过IGS核心站求解相对于全球参考框架ITＲF2005的相似变换七参数，从而获得ITＲF2005下的单日解，即GLOBK的NEU坐标值。在计算得到所有测站三维站坐标时间序列结果的基础上，本文选取云南地区25个GPS连续站(图1)的NEU三维站坐标时间序列进行后续的噪声模型计算和分析。图1云南地区GPS连续观测站分布Fig.1DistributionofGPScontinuousstationsinYunnanarea2最优噪声模型计算时间序列噪声分析可以选用频谱分析、极大似然估计(MLE)等方法完成。频谱分析相对MLE方法计算运行速度要快，但要求数据均匀采样，依赖于频谱平均，可选择的噪声模型种类较少，且频谱分析方法无法得到测站的函数模型，而MLE方法可以同时估计噪声类型、周期性振幅、测站速度及不确定度，不需要数据均匀采样，被认为是目前最准确的噪声分析方法(Zhangetal，，1997)，其主要原理是对GPS日解坐标分量时间序列建立如式(1)所示的参数模型:y(ti)=a+bti+csin(2πti)+dcos(2πti)+esin(4πti)+fcos(4πti)+Σnjj=1gjH(ti－Tgj)+vti．(1)式中，ti为坐标序列日解历元，以年为单位;a为对应于时间序列起始年份第一天的测站位置(即横轴截距);b为线性速度;c、d和e、f分别为年周期项和半年周期项系数，可根据设计方案需要判断是否求解;gj为由于各种原因引起的阶跃式坐标突变，Tgj为发生
?.0019.YNYL(玉林)FN+WN/5.32，1.74BP+PL+WN/0.35，3.01，0FN+WN/17.32，5.0020.YNYM(元谋)FN+WN/4.74，1.63FN+WN/3.68，1.48PL+WN/12.36，021.YNYS(永胜)FN+WN/4.51，1.60FN+WN/3.47，1.55PL+WN/11.46，1.5322.YNZD(中甸)FN+WN/4.62，1.62PL+WN/4.74，0FN+WN/13.58，4.2623.YNLA(澜沧)BP+PL+WN/1.04，0，2.17BP+PL+WN/0.31，0.05，2.10FN+WN/14.99，5.2524.YNSM(思茅)FN+ＲW+WN/4.48，7.13，1.86PL+WN/5.87，1.46FN+WN/11.40，4.4125.YNXP(新平)FN+ＲW+WN/5.85，8.08，1.86FN+ＲW+WN/4.13，8.38，1.90PL+WN/14.45，2.97图2云南地区GPS连续观测站最优噪声模型统计分布饼图(a)全部坐标分量;(b)北向;(c)东向;(d)垂向Fig.2PiemapsofoptimalnoisemodelsofGPScontinuousstationsinYunnanarea(a)allofcoordinatecomponents;(b)northdirection(c)eastdirection;(d)verticaldirection闪烁+白噪声模型比例相当，这2种模型占76%，是东向分量的主要噪声模型(图2c);而在垂向分量中，幂律+白噪声模型和闪烁+白噪声模型基本各占50%(图2d)。图3给出了云南地区GPS连续观测站三维坐标分量最优噪声模型的地域分布。由图3a、b可以看出，云南地区GPS连续观测站北向分量和东向分量的最优噪声模型在地域分布上没有明显的规律，而垂向分量最优噪声模型的分布(图3c)却表现出一定的地域性，其主要特征是以NW向红河断裂带为界，断裂带北东侧GPS测站的垂向分量以幂律+白噪声模型为主，而断裂带南西侧测站垂向分量则以闪烁噪声+白噪声模型为主。研究表明，闪烁噪声或白噪声的大小存在纬度依赖性，靠近赤道的台站闪烁噪声要大，且南半球比北半球稍大(Maoetal，1999;Williams，Willis，2006);而COMONOC中闪烁噪声和白噪声的大小表现出更明显的海陆差异?
【作者单位】： 中国地震局第一监测中心;
【基金】：国家自然科学基金项目丽江—小金河断裂带及周缘应力场动态变化与亚失稳识别(41472180) 2015年度震情跟踪定向工作任务(2015020202) 2014年度地震科技星火计划(XH14068Y)联合资助
【分类号】：P228.4
本文编号：2544824
【图文】：
站观测值的数据处理采用GAMIT/QOCA软件完成(Herringetal，2010)。数据处理的基本流程(王敏等，2005，2007)是首先利用GAMIT获得陆态网络253个连续站及90个国际IGS测站的单日松弛解，同步观测的测站较多时，采用分区处理。完成GAMIT计算之后，利用QOCA软件将计算所得的各区单日松弛解进行综合平差，在此基础上通过IGS核心站求解相对于全球参考框架ITＲF2005的相似变换七参数，从而获得ITＲF2005下的单日解，即GLOBK的NEU坐标值。在计算得到所有测站三维站坐标时间序列结果的基础上，本文选取云南地区25个GPS连续站(图1)的NEU三维站坐标时间序列进行后续的噪声模型计算和分析。图1云南地区GPS连续观测站分布Fig.1DistributionofGPScontinuousstationsinYunnanarea2最优噪声模型计算时间序列噪声分析可以选用频谱分析、极大似然估计(MLE)等方法完成。频谱分析相对MLE方法计算运行速度要快，但要求数据均匀采样，依赖于频谱平均，可选择的噪声模型种类较少，且频谱分析方法无法得到测站的函数模型，而MLE方法可以同时估计噪声类型、周期性振幅、测站速度及不确定度，不需要数据均匀采样，被认为是目前最准确的噪声分析方法(Zhangetal，，1997)，其主要原理是对GPS日解坐标分量时间序列建立如式(1)所示的参数模型:y(ti)=a+bti+csin(2πti)+dcos(2πti)+esin(4πti)+fcos(4πti)+Σnjj=1gjH(ti－Tgj)+vti．(1)式中，ti为坐标序列日解历元，以年为单位;a为对应于时间序列起始年份第一天的测站位置(即横轴截距);b为线性速度;c、d和e、f分别为年周期项和半年周期项系数，可根据设计方案需要判断是否求解;gj为由于各种原因引起的阶跃式坐标突变，Tgj为发生
?.0019.YNYL(玉林)FN+WN/5.32，1.74BP+PL+WN/0.35，3.01，0FN+WN/17.32，5.0020.YNYM(元谋)FN+WN/4.74，1.63FN+WN/3.68，1.48PL+WN/12.36，021.YNYS(永胜)FN+WN/4.51，1.60FN+WN/3.47，1.55PL+WN/11.46，1.5322.YNZD(中甸)FN+WN/4.62，1.62PL+WN/4.74，0FN+WN/13.58，4.2623.YNLA(澜沧)BP+PL+WN/1.04，0，2.17BP+PL+WN/0.31，0.05，2.10FN+WN/14.99，5.2524.YNSM(思茅)FN+ＲW+WN/4.48，7.13，1.86PL+WN/5.87，1.46FN+WN/11.40，4.4125.YNXP(新平)FN+ＲW+WN/5.85，8.08，1.86FN+ＲW+WN/4.13，8.38，1.90PL+WN/14.45，2.97图2云南地区GPS连续观测站最优噪声模型统计分布饼图(a)全部坐标分量;(b)北向;(c)东向;(d)垂向Fig.2PiemapsofoptimalnoisemodelsofGPScontinuousstationsinYunnanarea(a)allofcoordinatecomponents;(b)northdirection(c)eastdirection;(d)verticaldirection闪烁+白噪声模型比例相当，这2种模型占76%，是东向分量的主要噪声模型(图2c);而在垂向分量中，幂律+白噪声模型和闪烁+白噪声模型基本各占50%(图2d)。图3给出了云南地区GPS连续观测站三维坐标分量最优噪声模型的地域分布。由图3a、b可以看出，云南地区GPS连续观测站北向分量和东向分量的最优噪声模型在地域分布上没有明显的规律，而垂向分量最优噪声模型的分布(图3c)却表现出一定的地域性，其主要特征是以NW向红河断裂带为界，断裂带北东侧GPS测站的垂向分量以幂律+白噪声模型为主，而断裂带南西侧测站垂向分量则以闪烁噪声+白噪声模型为主。研究表明，闪烁噪声或白噪声的大小存在纬度依赖性，靠近赤道的台站闪烁噪声要大，且南半球比北半球稍大(Maoetal，1999;Williams，Willis，2006);而COMONOC中闪烁噪声和白噪声的大小表现出更明显的海陆差异?
【作者单位】： 中国地震局第一监测中心;
【基金】：国家自然科学基金项目丽江—小金河断裂带及周缘应力场动态变化与亚失稳识别(41472180) 2015年度震情跟踪定向工作任务(2015020202) 2014年度地震科技星火计划(XH14068Y)联合资助
【分类号】：P228.4
本文编号：2544824
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