ITRF框动对GPS连续观测的影响研究

　　1　引言

　　1998年国家重大科学工程在中国大陆及南海永兴岛建成了25个GPS连续观测基准站。这些站自1999年3月开始投入运行以来,已经积累了9年多的资料。由于GPS连续观测基准站的使用价值逐渐显现,所以其发展非常迅猛。一些省市、行业与部门根据自己的需求也陆续建立一些GPS连续观测站。此外,正在启动的陆态工程又将建立200多个GPS连续观测站。预计未来5~10年我国的GPS连续观测站将达到上千个。所以如何利用好观测资料,发挥其应有的作用,开展相关研究已显得非常必要。

　　现存在的基本问题是,在现行的GPS计算模式下,如何认识与削弱GPS基准站时间序列所包含的各种扰动与噪声。黄立人[1, 2]的研究表明, GPS连续观测资料所包含的噪声主要为白噪声和闪烁噪声的叠加,少数测站也包含着随机漫步噪声; Bock[3]和Nikolaidis等人[4]也指出GPS观测资料中的噪声不具有纯白噪声的特性。杨国华等[5]利用小波方

　　法对噪声进行了分类处理,使人们对噪声的认识更加具体。对于白噪声可以通过有关滤波处理方法加以削弱,但对非随机噪声却仍然无法处理。所以,削弱非随机噪声则是当前的首要问题。事实上, GPS观测结果中噪声的主要构成成分、测站噪声究竟有多大仍不十分清楚。针对这些问题,以天津GPS观测资料为例进行探讨,以求认识的深入及应用的有效性。

　　2　基准站时序数据处理简介

　　GPS连续观测站时序结果中包含的干扰与当前的GPS计算的处理模式有着密切的关系,与GPS运行和控制系统等也有密切的关系,同时也与人们认识的提高与知识的完善有密切的关系。例如GPS计算软件版本的提高往往与此有着密切的关系,常常随着GPS计算软件版本的升级,在其他不变的情况下计算的精度往往也会有所提高。仅GPS处理的模式,在参数选用方面尽管不同的用户之间会有差别,但在具有相同的计算目标时,这种差别会越来越小。除此之外,直接影响数据处理质量是参考框架(参考基准)的选取以及对其所作的约束。目前,无论是国内还是国外大部分GPS的处理基本上是选用ITRF(或其他国际参考框架)。其优点是含义明确,非常适合于大尺度地壳形变与机理分析,但不利的是对较小空间不能直接地展现区域内部的差异变化,且误差相对较大。此外,对ITRF站点及速率所给予约束的大小对计算结果也有很大的影响,不同的计算者由于认识程度的差异,其所施加的约束也不尽相同,这是目前的基本现状。当前地震系统的分析人员所使用的主要是ITRF下N、E、U 3分量的时序结果[6, 7]。

　　3　ITRF下N、E、U噪声的时序特征

　　从地壳形变及动态变化的角度研究ITRF下N、E、U噪声的时序特征是非常必要的,否则,可能会分不清在时序结果里的形变信息。以蓟县GPS基准站(JIXN)为例,在剔除线性变化基础之上用小波方法进行分类处理的结果(图1)可归纳为3大类,即: D高、D中和D较低分别对应了第一、第二和第三排图。