李 昭，姜衛(wèi)平，劉鴻飛，屈小川

1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2.武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北武漢430079

中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列噪聲模型建立與分析

李 昭1，姜衛(wèi)平2，劉鴻飛1，屈小川1

1.武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079；2.武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心，湖北武漢430079

選取ITRF2005框架下中國(guó)區(qū)域（包括臺(tái)灣地區(qū)）11個(gè)IGS基準(zhǔn)站1995－2010年的坐標(biāo)時(shí)間序列，采用不同噪聲模型組合對(duì)它們進(jìn)行噪聲分析，并計(jì)算大氣壓負(fù)載、非潮汐海洋負(fù)載、積雪深度及土壤濕度負(fù)載對(duì)測(cè)站位移的影響，得到地表質(zhì)量負(fù)載改正前后各測(cè)站分量的最優(yōu)噪聲模型。結(jié)果表明，中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站的噪聲模型存在多樣性，且各分量具有不同的噪聲特性，主要表現(xiàn)為閃爍噪聲＋白噪聲和帶通冪律噪聲＋白噪聲。噪聲模型與地表質(zhì)量負(fù)載及其測(cè)站速度、速度不確定度之間的定量分析表明地表質(zhì)量負(fù)載會(huì)造成測(cè)站的噪聲特性變化，主要表現(xiàn)為帶通及隨機(jī)漫步噪聲特征。不同復(fù)雜噪聲模型對(duì)測(cè)站線(xiàn)性速度及不確定度會(huì)產(chǎn)生一定影響，少數(shù)測(cè)站高程分量差異甚至超過(guò)1 mm／a。

IGS基準(zhǔn)站；時(shí)間序列分析；極大似然估計(jì)；噪聲模型；地表質(zhì)量負(fù)載

近20年累積的全球IGS基準(zhǔn)站位置時(shí)間序列為大地測(cè)量學(xué)及地球動(dòng)力學(xué)研究提供了寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)其進(jìn)行分析可以獲得測(cè)站精確的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而更深層次地研究造成測(cè)站運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)制，具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為GPS位置時(shí)間序列噪聲特性的最優(yōu)隨機(jī)模型為白噪聲＋閃爍噪聲（white noise＋flicker noise，WN＋FN）［1－8］。然而嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并非如此，基準(zhǔn)站的噪聲特性實(shí)際較為復(fù)雜。例如，文獻(xiàn)［9］于2008年估計(jì)了加利福尼亞南部及內(nèi)華達(dá)南部地區(qū)236個(gè)連續(xù)GPS運(yùn)行站的噪聲模型，得出50%～60%測(cè)站的最佳噪聲模型為FN或者隨機(jī)漫步噪聲（random walk noise，RW），25%～30%測(cè)站表現(xiàn)為FN＋RW，或者非整數(shù)譜指數(shù)冪律噪聲（power law noise，PL），剩余15%測(cè)站則位于帶通＋冪律噪聲（band pass＋power law noise，BPPL）及一階高斯馬爾科夫＋隨機(jī)漫步噪聲（first order Gauss－Markov＋random walk noise，F(xiàn)OGMRW）之間。文獻(xiàn)［10］分析了香港12個(gè)基準(zhǔn)站的噪聲特性，指出了經(jīng)主成分空間濾波去除公共誤差（common mode error，CME）后的噪聲特性可用可變白噪聲（variable white noise，VW）加閃爍噪聲模型來(lái)描述。文獻(xiàn)［11—12］指出CGCS框架下我國(guó)國(guó)家CORS網(wǎng)1999—2009年的坐標(biāo)時(shí)間序列經(jīng)主成分濾波后的基本特征表現(xiàn)為白噪聲、閃爍噪聲及隨機(jī)漫步噪聲，且顧及有色噪聲的速度誤差估值比僅考慮白噪聲時(shí)大2～6倍。之所以認(rèn)為FN＋WN是代表測(cè)站最佳隨機(jī)特性的噪聲模型，分析其原因可能有兩方面：①http：∥igscb.jp1.nasa.gov分析時(shí)間序列時(shí)并未采用能足夠代表基準(zhǔn)站噪聲特性的較為復(fù)雜的隨機(jī)模型；②http：∥www.esrl.noaa.gov／psd／data／gidded／data.ncep.reanalysis.surface.html累積的時(shí)間序列長(zhǎng)度不夠，不足以解算噪聲的長(zhǎng)周期分量。隨著時(shí)間的推移，GPS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列不斷增長(zhǎng)，噪聲的長(zhǎng)周期分量（例如譜指數(shù)＝2的RW噪聲）將更加顯著，為探測(cè)低頻噪聲的存在提供了有利的條件，因此對(duì)GPS時(shí)間序列進(jìn)行更為全面的噪聲分析，獲取能更準(zhǔn)確代表基準(zhǔn)站隨機(jī)特性的噪聲模型很有意義。

本文的主要目的在于利用更長(zhǎng)的GPS坐標(biāo)時(shí)間序列，采用更多種類(lèi)的噪聲模型組合更可靠地分析中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列的隨機(jī)特征，研究并確定各測(cè)站的隨機(jī)特性是否隨著時(shí)間序列長(zhǎng)度的增加而發(fā)生了顯著改變，同時(shí)計(jì)算不同地表質(zhì)量負(fù)載造成的測(cè)站位移，給出質(zhì)量負(fù)載改正前后中國(guó)區(qū)域代表性GPS基準(zhǔn)站各分量的最優(yōu)噪聲模型，在此基礎(chǔ)上建立噪聲模型與地表質(zhì)量負(fù)載及其測(cè)站速度、速度不確定度之間的聯(lián)系。

1 數(shù) 據(jù)

1.1 GPS數(shù)據(jù)

選取ITRF2005框架下中國(guó)區(qū)域11個(gè)IGS基準(zhǔn)站1995—2010年的時(shí)間序列①，全面深入分析中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站的隨機(jī)特征。各測(cè)站的經(jīng)緯度、測(cè)站天線(xiàn)墩類(lèi)型及時(shí)間序列的相關(guān)信息見(jiàn)表1。

表1 中國(guó)區(qū)域IGS站坐標(biāo)時(shí)間序列概況Tab.1 Brief introduction of selected IGS station time series inside China

1.2 地球物理數(shù)據(jù)

GPS坐標(biāo)時(shí)間序列呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化，通常認(rèn)為大氣壓、非潮汐海洋負(fù)載及水文負(fù)載（這里統(tǒng)稱(chēng)為地表質(zhì)量負(fù)載）是引起測(cè)站諧波變化的主要因素［13—16］。為了從時(shí)間序列中分離這些因素的影響，進(jìn)一步分析其對(duì)時(shí)間序列噪聲特性的影響，本文采用獨(dú)立的地球物理模型獲取不同地表質(zhì)量負(fù)載造成的測(cè)站位移。計(jì)算大氣壓負(fù)載所需的全球地表氣壓由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）再分析數(shù)據(jù)提供②，時(shí)間分辨率為6h，空間分辨率為2.5°×2.5°；非潮汐海洋負(fù)載使用美國(guó)國(guó)家海洋合作計(jì)劃（national oceanographic partnership program，NOPP）制定的海洋環(huán)流及氣候估值（estimating the circulation ＆climate of the ocean，ECCO）模型提供的全球海底壓力格網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算③http：∥ecco.jpl.nasa.gov／thredds／las／kf080／catalog.html，時(shí)間分辨率為12h，空間分辨率為1°×（0.3°～1.0°）。水文負(fù)載考慮積雪深度和土壤濕度引起的地表儲(chǔ)水量變化，同樣由NCEP再分析數(shù)據(jù)提供④http：∥www.esrl.noaa.gov／psd／data／gidded／data.ncep.reanalysis.surfaceflux.html，空間分辨率為1.875°×1.875°。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)處理策略

就全球GPS單日解時(shí)間序列而言，若不采取任何措施減少測(cè)站的空間相關(guān)噪聲，WN＋FN是反應(yīng)N、E、U 3個(gè)方向分量噪聲特性的最適合隨機(jī)模型［3］。由于各測(cè)站所處的環(huán)境不同，產(chǎn)生噪聲的來(lái)源可能不相同，其噪聲特性可能也不完全相同，且現(xiàn)在距文獻(xiàn)［3］研究成果已有6年時(shí)間，累積的時(shí)間序列可能有助于探測(cè)低頻隨機(jī)漫步噪聲的存在，同時(shí)考慮到測(cè)站變化的周期性特性，有色噪聲的確定性以及GPS技術(shù)中可能存在的高斯馬爾科夫隨機(jī)誤差，本文選取FN＋WN，F(xiàn)N＋VW，RW＋WN，F(xiàn)N＋RW＋WN，PL＋WN，F(xiàn)OGM＋RW＋WN以及BPPL＋WN共7種噪聲模型，采用CATS軟件對(duì)11個(gè)基準(zhǔn)站進(jìn)行噪聲分析［17］。采用QOCA⑤http：∥gipsy.jpl.nasa.gov／qoca對(duì)基準(zhǔn)站實(shí)施包括大氣壓、非潮汐海洋及水文負(fù)載在內(nèi)的地表質(zhì)量負(fù)載改正，并對(duì)改正后的時(shí)間序列重新進(jìn)行噪聲分析，以此研究地表質(zhì)量負(fù)載對(duì)測(cè)站噪聲特性的影響。

2.2 極大似然估計(jì)（maximum likelihood estimation）

時(shí)間序列噪聲分析可以選用頻譜分析、MLE等方法完成。頻譜分析要求數(shù)據(jù)均勻采樣，且依賴(lài)于頻譜平均，無(wú)法使用時(shí)間序列的最長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)輔助估計(jì)頻譜成分。MLE方法可以同時(shí)估計(jì)噪聲類(lèi)型、周期性振幅、測(cè)站速度及不確定度，并且可以避開(kāi)頻譜分析的上述局限性，被認(rèn)為是目前最準(zhǔn)確的噪聲分析方法［1］，其主要原理是對(duì)GPS日解坐標(biāo)分量時(shí)間序列建立如式（1）所示的參數(shù)模型

式中，ti為坐標(biāo)序列日解歷元，以年為單位；a為對(duì)應(yīng)于時(shí)間序列起始年份第一天的測(cè)站位置（即橫軸截距）；b為線(xiàn)性速度；c、d和e、f分別為年周期項(xiàng)和半年周期項(xiàng)系數(shù)，可根據(jù)設(shè)計(jì)方案需要判斷是否求解；gj為由于各種原因引起的階躍式坐標(biāo)突變，Thj為發(fā)生突變的歷元；H為海維西特階梯函數(shù)（heaviside step function），發(fā)生突變前H值為0，發(fā)生突變后H值為1；vti為觀測(cè)噪聲，可表示成不同噪聲模型的組合。若C表示觀測(cè)值協(xié)方差陣，按照極大似然估計(jì)準(zhǔn)則可以同時(shí)確定a、b、c、d、e、f、gj和噪聲分量振幅，即選擇不同的噪聲模型，確定各噪聲分量的大小，使得坐標(biāo)序列的殘差與其協(xié)方差的聯(lián)合概率密度值達(dá)到最大

等價(jià)于聯(lián)合概率密度函數(shù)值的對(duì)數(shù)達(dá)到最大

2.3 最優(yōu)噪聲模型評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

根據(jù)極大似然估計(jì)原理，不同的噪聲模型組合將得到不同的極大似然對(duì)數(shù)值，數(shù)值越大，結(jié)果越可靠。然而，噪聲模型包含的未知參數(shù)越多，其MLE值越大［9］。為了確保結(jié)果的可靠性，不能簡(jiǎn)單選擇MLE值較大的模型作為最優(yōu)噪聲模型。本文選用Langbein提出的保守估計(jì)準(zhǔn)則判斷不同模型的優(yōu)劣。首先分別計(jì)算FN＋WN及RW＋WN組合模型的MLE值，選取MLE值較大的模型作為零假設(shè)。然后將PL＋WN與FN＋RW＋WN模型的MLE值分別與零假設(shè)作比較，如果MLE差值大于2.6則拒絕零假設(shè)，認(rèn)為該模型更優(yōu)，否則接受零假設(shè)，認(rèn)為所選的復(fù)雜模型無(wú)效。若PL＋WN及FN＋RW＋WN均優(yōu)于零假設(shè)，則選擇MLE值較大者作為“最優(yōu)”模型。最后將BPPL＋WN與FOGM＋RW＋WN模型計(jì)算得到的MLE值與前面得到的“最優(yōu)”比較，接受BPPL＋WN模型的閾值設(shè)為2.6，接受FOGM＋RW＋WN模型的閾值設(shè)為5.2［9，18］。

3 GPS坐標(biāo)時(shí)間序列最優(yōu)噪聲模型的建立

3.1 地表質(zhì)量負(fù)載改正前GPS時(shí)間序列最優(yōu)噪聲模型的建立

采用2.1節(jié)的數(shù)據(jù)處理策略，根據(jù)2.3節(jié)的最優(yōu)噪聲模型評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)選取的11個(gè)IGS基準(zhǔn)站進(jìn)行上述7種組合噪聲模型分析，得到了計(jì)算質(zhì)量負(fù)載改正前中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站分量噪聲特性的最優(yōu)模型。圖1給出了11個(gè)IGS站共33個(gè)分量的最優(yōu)噪聲模型分布。

圖1 計(jì)算地表質(zhì)量負(fù)載改正前的中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站分量最優(yōu)噪聲模型分布Fig.1 Optimal noise model distribution of IGS station components inside China before surface mass loading correction

從圖1可以看到中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站分量的噪聲特性存在多樣性，主要表現(xiàn)為FN＋WN和BPPL＋WN模型，其他復(fù)雜模型也占有一定比例。大部分測(cè)站的N、E、U方向的分量表現(xiàn)出不同的噪聲特性，因此尋找時(shí)間序列變化特征的物理解釋時(shí)需對(duì)各分量區(qū)別對(duì)待。另外，地理位置相近測(cè)站的時(shí)間序列也可能具有不同的噪聲特征（例如TNML、TCMS站N方向分量）?？紤]到地球物理效應(yīng)的空間相關(guān)性，可能有的測(cè)站存在較大的系統(tǒng)誤差。

需要注意的是，計(jì)算得到的各測(cè)站分量FN＋VW模型的MLE值明顯大于其他組合模型，與袁林果等的結(jié)果一致［10］，但是VW模型僅能反應(yīng)測(cè)站分量的質(zhì)量好壞，并不能作為基準(zhǔn)站的最優(yōu)噪聲模型。為了確保結(jié)果的可靠性，本文最優(yōu)噪聲模型的確定不考慮FN＋VW模型。

3.2 地表質(zhì)量負(fù)載改正后GPS時(shí)間序列最優(yōu)噪聲模型的建立

就季節(jié)性尺度來(lái)說(shuō)，地表質(zhì)量負(fù)載引起的測(cè)站位移是GPS位置時(shí)間序列的主要特征［15］。為了分離地球物理效應(yīng)的影響，通常采用Farrell格林函數(shù)與獨(dú)立地表質(zhì)量負(fù)載數(shù)據(jù)的卷積計(jì)算不同質(zhì)量負(fù)載引起的測(cè)站位移，然后從GPS時(shí)間序列里扣除這部分影響［19－20］。本文采用QOCA根據(jù)Farrell格林函數(shù)計(jì)算了1998－01－01—2010－04－01期間大氣壓、非潮汐海洋、積雪深度及土壤濕度負(fù)載造成的中國(guó)區(qū)域11個(gè)IGS基準(zhǔn)站位移。圖2表示4種質(zhì)量負(fù)載造成的SHAO站N、E、U方向日位移時(shí)間序列。從圖2及其他測(cè)站計(jì)算結(jié)果可以看到，不同地表質(zhì)量負(fù)載對(duì)測(cè)站的影響均表現(xiàn)為U方向最大，N、E方向影響較小，與已有研究成果一致［7，10，18］，且造成的測(cè)站位移呈現(xiàn)不同的周期特性。部分質(zhì)量負(fù)載對(duì)測(cè)站的影響與其地理環(huán)境密切相關(guān)，同一測(cè)站對(duì)不同質(zhì)量負(fù)載的敏感度也不同。就選取的11個(gè)IGS基準(zhǔn)站而言，土壤濕度負(fù)載造成的測(cè)站位移最大，大氣壓、非潮汐海洋負(fù)載次之，積雪負(fù)載對(duì)測(cè)站位移的影響最小，且隨緯度降低而減小。

圖2 不同質(zhì)量負(fù)載造成的SHAO站N、E、U方向（上、中、下）位移Fig.2 Daily displacement of SHAO in N（top）、E（middle）、U（bottom）directions resulted from different surface mass loadings

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果對(duì)11個(gè)IGS基準(zhǔn)站進(jìn)行地表質(zhì)量負(fù)載改正，并對(duì)改正后的坐標(biāo)時(shí)間序列重新進(jìn)行噪聲分析，得到了扣除地表質(zhì)量負(fù)載影響后的中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站分量最優(yōu)噪聲模型。圖3表示各測(cè)站分量所屬最優(yōu)噪聲模型的比例分布。

圖3 計(jì)算地表質(zhì)量負(fù)載改正后的中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站分量最優(yōu)噪聲模型分布Fig.3 Optimal noise model distribution of IGS station components inside China after surface mass loading correction

4 討 論

4.1 噪聲模型對(duì)速度及速度不確定度的影響

以SOPAC提供的速度及速度不確定度為基準(zhǔn)，比較未計(jì)算地表質(zhì)量負(fù)載改正前本文確定的測(cè)站分量最優(yōu)噪聲模型下的速度及速度不確定度值與SOPAC的差值，相同及不同噪聲模型下各測(cè)站分量的速度及速度不確定度差值分布圖如圖4所示。

從圖4（a）、（b）可以看出，就相同的FN＋WN模型而言，本文結(jié)果與SOPAC基本一致。83%的速度差值小于0.2mm／a，N、E方向最大為0.16mm／a，個(gè)別測(cè)站U方向最大達(dá)到0.58mm／a；78%的速度不確定度差值小于0.04mm／a，N、E方向最大為0.08mm／a，個(gè)別測(cè)站U方向最大為0.17mm／a。考慮舍入誤差的影響，可以認(rèn)為本文計(jì)算得到的結(jié)果是合理可靠的。

從圖4（c）、（d）可以看出，相對(duì)于FN＋WN而言，不同復(fù)雜噪聲模型對(duì)測(cè)站速度及不確定度會(huì)產(chǎn)生一定的影響，U方向影響最大，E方向次之，N方向最小。其中，40%的測(cè)站分量對(duì)應(yīng)于不同噪聲模型的速度差值小于0.1mm／a，47%測(cè)站分量的差值約為0.1～0.3mm／a，13%測(cè)站U分量與SOPAC速度差超過(guò)1mm／a；速度不確定度受不同噪聲模型的影響較速度大，量級(jí)約為亞毫米／年（0.1～0.8mm／a，占分量總數(shù)的87%），少數(shù)U分量差值大于1mm／a（占分量總數(shù)的13%）。由此可得出結(jié)論，對(duì)于毫米級(jí)高精度參考框架的建立及板塊運(yùn)動(dòng)分析來(lái)說(shuō)，需顧及不同噪聲模型帶來(lái)的這種差異。由于本文僅采用了11個(gè)IGS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)分析測(cè)站的噪聲特性，僅能反應(yīng)復(fù)雜噪聲模型和FN＋WN獲得的速度及不確定度差異量級(jí)，對(duì)于不同模型獲得的速度不確定度較FN＋WN模型的優(yōu)越性還需采用更多數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.2 地表質(zhì)量負(fù)載對(duì)噪聲模型的影響

表2列出了地表質(zhì)量負(fù)載改正前后各測(cè)站分量的最優(yōu)噪聲模型。

圖4 相同及不同噪聲模型下測(cè)站分量速度及速度不確定度與SOPAC的差值分布Fig.4 Difference distribution of velocity and velocity uncertainty under the same noise model between our results and SOPAC results together with under different noise models

表2 地表質(zhì)量負(fù)載改正前后各測(cè)站分量的最優(yōu)噪聲模型比較Tab.2 Comparison of optimal noise model of station components before and after surface mass loading correction

從表2可以看出，經(jīng)地表負(fù)載改正后11個(gè)測(cè)站分量的噪聲特性發(fā)生了變化（占總數(shù)的33%），主要體現(xiàn)在N、U方向分量，E方向分量受到的影響較小。噪聲類(lèi)型的變化因站而異，并無(wú)顯著規(guī)律，例如BJFS站的E、U方向分量經(jīng)負(fù)載改正后帶通噪聲減小，而WUHN站的N、U方向分量的噪聲特性卻由原來(lái)的FN＋WN表現(xiàn)為BPPL＋WN。由此看來(lái)，地表質(zhì)量負(fù)載對(duì)測(cè)站坐標(biāo)時(shí)間序列的影響不可忽視（尤其是N、U方向分量），為了能對(duì)其噪聲特性進(jìn)行準(zhǔn)確分析，需要考慮其影響。

經(jīng)負(fù)載改正后FN＋WN的比例增大（從51%增大到64%），BPPL＋WN和FN＋RW＋WN比例減少，各測(cè)站分量的BP（周期為0.5～1.5a）及RW振幅普遍出現(xiàn)變化。比較3.2得到的負(fù)載改正結(jié)果，可以認(rèn)為計(jì)算的4種地表質(zhì)量負(fù)載會(huì)引起除周年、半周年以外的諧波變化，對(duì)測(cè)站時(shí)間序列的影響可能表現(xiàn)為BP或者RW特性?？紤]到負(fù)載模型的準(zhǔn)確性以及采用測(cè)站數(shù)目的局限性，關(guān)于其確定影響還需要作進(jìn)一步深入的研究。

5 結(jié) 論

本文確定了中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站的最優(yōu)噪聲模型，計(jì)算了包括大氣壓、非潮汐海洋、土壤濕度和積雪深度負(fù)載在內(nèi)的地表質(zhì)量負(fù)載對(duì)坐標(biāo)時(shí)間序列的影響，得出以下結(jié)論：

（1）國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列的噪聲模型存在多樣性，且N、E、U方向分量表現(xiàn)出不同的噪聲特性。未計(jì)算地表質(zhì)量負(fù)載改正前，3%測(cè)站分量的最優(yōu)噪聲模型表現(xiàn)為FOGM＋RW＋WN，PL＋WN、FN＋RW＋WN模型各占9%，BPPL＋WN模型占24%，剩余55%的測(cè)站分量采用FN＋WN模型描述最為合適。

（2）對(duì)于FN＋WN模型而言，不同復(fù)雜噪聲模型對(duì)測(cè)站速度的影響約為0.01～0.3mm／a，但少數(shù)測(cè)站U分量超過(guò)1mm／a。速度不確定度受噪聲模型的影響較大，量級(jí)約為亞毫米／年（0.1～0.8mm／a），建立毫米級(jí)參考框架及板塊運(yùn)動(dòng)分析時(shí)需顧及這種差異。采用中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)僅能初步反應(yīng)復(fù)雜噪聲模型和FN＋WN模型獲得的速度及速度不確定度的差異量級(jí)，對(duì)于不同模型獲得的速度不確定度的優(yōu)越性（即哪種模型獲得的不確定度更接近測(cè)站的實(shí)際狀況）還需要更多測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）表質(zhì)量負(fù)載會(huì)造成測(cè)站的噪聲特性變化，主要體現(xiàn)在N、U方向分量，E方向分量受到的影響較小，且噪聲類(lèi)型的變化因站而異，并無(wú)顯著規(guī)律。計(jì)算負(fù)載改正后，F(xiàn)N＋WN模型的比例增大（64%），F(xiàn)OGM＋RW＋WN、FN＋RW模型各占測(cè)站分量總數(shù)的3%，PL＋WN模型占9%，21%的測(cè)站分量噪聲特性采用BPPL＋WN模型描述最為合適。

致 謝：感謝SOPAC提供的IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列；S.D.P.Williams博士提供的CATS軟件及在本文確定IGS基準(zhǔn)站分量最優(yōu)噪聲模型過(guò)程中給予的建議和幫助；董大南博士提供的QOCA軟件；計(jì)算大氣壓、土壤濕度和積雪深度負(fù)載改正采用的全球地表氣壓及地表儲(chǔ)水量變化數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心NCEP提供；計(jì)算非潮汐海洋負(fù)載采用的全球海底壓力格網(wǎng)數(shù)據(jù)由美國(guó)國(guó)家海洋合作計(jì)劃NOPP提供。

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E－mail：lizhao＿83＠yahoo.com.cn

Noise Model Establishment and Analysis of IGS Reference Station Coordinate Time Series inside China

LI Zhao1，JIANG Weiping2，LIU Hongfei1，QU Xiaochuan1
1.School of Geodesy and Geomatics，Wuhan University，Wuhan 430079，China；2.Research Center of GNSS，Wuhan University，Wuhan 430079，China

Focusing on the coordinate time series of 11 IGS reference stations in China mainland and Taiwan region during period of 1995 to 2010 under ITRF2005，noise analysis has been implemented using different noise model combination.Meanwhile，impacts of different surface mass loadings on station displacement have been calculated，such as atmospheric pressure loading，nontidal ocean loading，snow depth and soil moisture loading.From these analyses，optimal noise models of different station components before and after surface mass loading correction have been obtained.Conclusion is drawn that noise model of IGS station coordinate time series in China represent diversity characteristics with different noise feature among different components，mainly behaving as flicker noise plus white noise model as well as band pass plus power law plus white noise model.Other complicated noise models also account for a certain proportion，which is different from the existing results.Furthermore，relationship has been analyzed quantitatively among noise model，surface mass loading together with station’s linear velocity and its uncertainty respectively.It is found that different complicated noise models would influence station’s linear velocity and its uncertainty with maximum discrepancy larger than 1 mm／a.Besides，the calculated four kinds of surface mass loading could introduce noise changes mainly representing as band pass and random walk characteristics.

IGS reference station；time series analysis；maximum likelihood estimation；noise model；surface mass loading

LI Zhao（1983－），female，PhD candidate，majors in theory and methodology of GPS coordinate time series analysis.

LI Zhao，JIANG Weiping，LIU Hongfei，et al.Noise Model Establishment and Analysis of IGS Reference Station Coordinate Time Series inside China［J］.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica，2012，41（4）：496－503.（李昭，姜衛(wèi)平，劉鴻飛，等.中國(guó)區(qū)域IGS基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)間序列噪聲模型建立與分析［J］.測(cè)繪學(xué)報(bào)，2012，41（4）：496－503.）

P223

A

1001－1595（2012）04－0496－08

國(guó)家自然科學(xué)基金（41074022）；國(guó)家創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金（40721001）

叢樹(shù)平）

2011－07－18

2011－12－13

李昭（1983－），女，博士生，研究方向?yàn)镚PS坐標(biāo)時(shí)間序列分析理論與方法。