顾及非线性变化的GPS测站位置时间序列分析方法研究

GPS测站坐标时间序列不仅反应了测站的运动趋势，而且包含了各种地球物理现象对测站位置的影响。分析时间序列，改正各种误差模型，可以获得测站准确的位置和速度，对研究地壳形变和坐标框架的建立与维持有着重要的科学和现实意义。当前，如何有效且精确地分析时间序列，研究测站的非线性运动特征是地球科学领域的前沿课题。本项目的主要研究内容是以IGS站位置时间序列作为基础数据，综合利用多种现代信号处理技术，实现对GPS测站坐标时间序列的随机噪声和信号的有效分离，建立合适的区域噪声模型；分析确定各种系统误差对测站时间序列的贡献，准确分离真实的地球物理信号及系统误差的影响；从数值上定量合理解释非线性形变的不同内在地球物理驱动机制，建立具有实际物理意义的区域非线性运动模型；研制一套根据GPS测站位置时间序列分析研究其非线性运动的科研软件。研究成果可为分析GPS测站坐标时间序列和拓展其应用提供科学依据。

GPS测站坐标时间序列不仅反映了测站的运动趋势，而且包含了GPS技术系统误差、地球物理效应等引起的非线性变化和噪声。本项目主要内容是以IGS基准站坐标时间序列作为基础数据，深入研究顾及非线性变化的GPS测站位置时间序列分析方法，结合空间大地测量技术及地球物理资料，深入分析基准站的非线性变化特征。项目的主要创新成果包括：.（1）实现了测站坐标时间序列的随机噪声和信号的有效分离，建立了中国区域IGS基准站最优噪声模型，这一模型较已有的闪烁噪声+白噪声（FN+WN）组合模型更能合理解释坐标时间序列所反映的信号；.（2）定量确定了S1、S2大气潮汐、未模型化周期性海潮及电离层高阶项延迟对坐标时间序列的贡献，在国际上首次提出了未模型化的周期性海潮分量可能是造成GPS坐标时间序列异常谐波1.04cpy的主要因素之一；.（3）分析了坐标时间序列中多种地球物理效应的影响，提出了适合于坐标时间序列非线性变化修正的最优环境负载建模方法，并建立了最优环境负载模型，对重新处理得到的高程坐标时间序列的修正效果高达92%；.（4）建立了地球物理现象与测站季节性变化及噪声特性之间的数值联系；利用优化的GPS数据处理模型及策略对全球IGS基准站数据进行重新分析；通过对CF、CM框架下环境负载的改正，初步实现了顾及非线性变化的坐标参考框架；.（5）研制了一套分析测站非线性运动的软件。.本项目的成果不仅可以用于研究地壳形变和建立与维持坐标框架，而且可以用于研究冰后回弹及海平面变化、反演冰雪质量变迁等地球动力学过程。目前，项目已完成论文19篇（3篇在审），其中SCI 7篇（2篇在审），EI 7篇，专著1部（待出版），成果获2013年测绘科技进步一等奖。.