高频GNSS坐标时序自适应滤波方法及噪声特征研究

With the rapid development of geodetic techniques, high-rate GNSS can capture dynamic surface displacement and its spatiotemproal variation process at sample rates of second or higher, and plays an important role in revealing geophysica phenomena that are difficult to recoginze by other means. However, the precision and reliability of high-rate GNSS positions are strongly affected by systematic errors, leading to the possibility of incorrect interpretation of some geophysical phenomena. We develop an adaptive filtering method for denoising high-rate GNSS coordinate time series, which can provide high-quality basic data for geophysical research. Based on the developed adaptive filtering method and high-rate GNSS data, the optional noise models for the noise charicteristics of the before and after filtered high-rate GNSS residual time series are established, the regional distribution of noise characteristics is systematically analyzed, and the potential source and distribution regular of noises are explored. This project will rely on high-rate GNSS observation data from Crust Movement Obsrvation Network of China (CMONOC) and its regional network, and show great theoretical significance and practical value to cturstal deformation monitoring, earthquake prediction and tsunami early warning.

随着空间大地测量技术的发展，高频GNSS能够以秒级或更高频的时间尺度记录动态地表位移及其时空变化过程，对揭示其他手段难以认知的地球物理现象起到了重要作用。然而，高频GNSS定位结果中包含多种系统误差，这些误差严重影响其定位结果的精度和可靠性，进而会导致某些地球物理现象的错误解释。为此，本项目拟发展高频GNSS坐标时序的自适应滤波方法，以降低系统误差影响，为地球物理学研究提供高质量的基础数据；在此基础上，以滤波前和滤波后高频GNSS残差时序为研究对象，建立其最优噪声模型，系统分析噪声特征的区域差异性，并探索噪声的潜在来源和分布规律。本项目将依托中国大陆构造环境监测网络及其区域网的高频GNSS观测资料开展研究，理论成果对地壳形变监测、地震预报和海啸预警等地球物理学研究具有重要的理论意义和应用价值。

随着空间大地测量技术的发展，高频GNSS能够以秒级或更高频的时间尺度记录动态地表位移及其时空变化过程，对揭示其他手段难以认知的地球物理现象起到了重要作用。然而，高频GNSS定位结果中包含多种系统误差，这些误差严重影响其定位结果的精度和可靠性，进而会导致某些地球物理现象的错误解释。为此，本项目提出了高频GNSS坐标时序的自适应滤波方法，以降低系统误差的影响，并对滤波前后的坐标时序进行了噪声特征分析和震源机制解反演研究。具体研究如下：（1）为解决完备性总体经验模态分解（CEEMD）中噪声主导模态和信号主导模态无法准确确定的问题，避免小波变换（WT）对小波参数调制过度敏感的理论缺陷，提出了基于相关系数的CEEMD-MPCA阈值滤波方法，结果表明新提出的滤波方法能够有效消除高频GNSS同震时序列的误差，提高其定位精度和可靠性，同时还能有效保留地震波信号；（2）基于CEEMD-MPCA方法，利用功率谱分析方法对滤波前后的高频GNSS坐标时序进行区域噪声特征分析，得出新方法能够有效消除高频白噪声，同时能够消除多路径效误差、共性误差和其他为模型化的系统误差；（3）提出了一种高频GNS同震位移中地震波和静态位移特征提取方法，并利用全矩张量波形拟合gCAP方法对2010年EI Mayor-Cucapah地震的去噪前后的近场高频GNSS地震波信号和强震数据进行震源机制解的反演和分析，结果表明与原始GNSS同震位移和强震数据相比，去掉静态位移的GNSS地震波的震源机制解结果更加可靠。本项目研究成果可为地球物理学研究提供高质量的基础数据，对地壳形变监测、地震预报和海啸预警等地球物理学研究具有重要的理论意义和应用价值。依托项目共发表论文5篇，其中SCI论文3篇，EI论文1篇，中文核心1篇；培养研究生4名。