陳憲冬

摘 要：介紹了高采樣率GNSS地震監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展，利用RTKLIB軟件對(duì)2010年4月14日墨西哥Baja California地震時(shí)的高采樣率GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了非差精密單點(diǎn)定位解算，得到了一些有益的結(jié)論和建議。

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目：高采樣率GPS動(dòng)態(tài)精密定位技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究（2010JK671）

1、引言

GNSS定位技術(shù)是地球動(dòng)力學(xué)研究的重要技術(shù)手段，高采樣率GNSS精密定位技術(shù)能獲得測(cè)站的三維地表形變，為地質(zhì)構(gòu)造分析、地震機(jī)理研究、地震反演提供了新的數(shù)據(jù)源，日益發(fā)展成為一門(mén)新興學(xué)科——GNSS地震學(xué)。目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者用Bernese、GIPSY、GPSTOOLS等軟件對(duì)震時(shí)實(shí)測(cè)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了解算研究，取得了豐碩的研究成果[1-3]，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已建立了高采樣率GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（CORS）和實(shí)時(shí)GNSS地震監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，我國(guó)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)及各省市的CORS也已完成了GNSS升級(jí)，國(guó)際GNSS服務(wù)組織（IGS）下屬的一些衛(wèi)星定軌中心，如CODE、BKG、我國(guó)武漢大學(xué)等已可提供多種GNSS（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）的精密星歷，GNSS地震學(xué)研究日益成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文采用RTKLIB軟件對(duì)2010年4月14日墨西哥Baja California地震時(shí)的高采樣率GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，成功獲得了測(cè)站形變和地震波信號(hào)。

2 RTKLIB軟件簡(jiǎn)介

RTKLIB是由日本東京海洋大學(xué)的高須知二（Tomoji Takasu）開(kāi)發(fā)的開(kāi)源GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件支持精密星歷和多種GNSS衛(wèi)星（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS），支持動(dòng)態(tài)+靜態(tài)模式和單差+雙差模式，支持多種GNSS數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及通信協(xié)議，具有豐富的數(shù)據(jù)處理函數(shù)庫(kù)和強(qiáng)大的GNSS精密定位定軌功能，具有易學(xué)易用的圖形化用戶界面和數(shù)據(jù)成果展示方式。目前，全球已有幾萬(wàn)個(gè)用戶下載學(xué)習(xí)RTKLIB或移植RTKLIB的C程序代碼開(kāi)發(fā)各種GNSS應(yīng)用軟件。

3 RTKLIB數(shù)據(jù)處理

GNSS數(shù)據(jù)處理可以采用雙差模式，也可以采用非差精密單點(diǎn)定位（PPP）模式。PPP模式能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)接收機(jī)快速定位，非常適于構(gòu)建GNSS地震監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。PPP數(shù)據(jù)處理流程為：首先獲取GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星精密星歷（及精密衛(wèi)星鐘差改正）；其次進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，具體包括粗差探測(cè)與剔除、系統(tǒng)誤差改正、觀測(cè)方程建立等；最后進(jìn)行參數(shù)解算，可解算接收機(jī)的位置/速度/鐘差、對(duì)流層延遲、相位模糊度參數(shù)等。使用傳統(tǒng)的無(wú)電離層影響的線性組合（iono-free linear combination， LC）觀測(cè)值，PPP數(shù)據(jù)處理模型可寫(xiě)為：

式中，為參數(shù)向量，包括接收機(jī)位置、接收機(jī)速度、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層天頂延遲、相位模糊度及其它相位偏差；為觀測(cè)值向量，包括無(wú)電離層影響的線性組合載波相位觀測(cè)值和無(wú)電離層影響的線性組合精碼偽距觀測(cè)值。

RTKLIB采用擴(kuò)展卡爾曼濾波EKF算法進(jìn)行PPP參數(shù)解算。

4、GNSS地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

UTC時(shí)間2010年4月4日22時(shí)40分，墨西哥Baja California地區(qū)發(fā)生了里氏7.2級(jí)地震。附近的美國(guó)加州實(shí)時(shí)網(wǎng)（CRTN）和美國(guó)板塊邊界（PBO）網(wǎng)的GNSS觀測(cè)站均可監(jiān)測(cè)到此次強(qiáng)震，GPS觀測(cè)站P473、P494、P496、P744可提供5Hz采樣的GPS數(shù)據(jù)，為GNSS地震學(xué)研究提供了數(shù)據(jù)條件[2.3]。

本文使用CODE發(fā)布的GPS精密星歷文件和5秒間隔的GPS衛(wèi)星鐘差改正文件，基于傳統(tǒng)PPP模式，用RTKLIB對(duì)其附近的高采樣率GPS觀測(cè)站進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，其中P494的測(cè)站坐標(biāo)序列如圖1所示

由圖1可見(jiàn)，利用RTKLIB軟件對(duì)震時(shí)高采樣GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行PPP解算，不僅能夠獲得測(cè)站地表形變和地震波信號(hào)，更可以獲得地表的永久形變位移。這些信息無(wú)疑為震源分析、地層破裂分析、地震波傳播分析提供重要資料。

5、結(jié)論和建議

本文利用RTKLIB軟件，基于PPP解算模式，成功獲得了墨西哥Baja California地震時(shí)的高采樣率GPS測(cè)站的地表位移。RTKLIB軟件功能強(qiáng)大、易學(xué)易用、支持多種GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）。RTKLIB軟件必將日益成為GNSS地震研究的重要工具之一。

參考文獻(xiàn)

[1]程羲.高采樣率GPS動(dòng)態(tài)精密定位數(shù)據(jù)處理及其應(yīng)用研究[D].西安科技大學(xué)，碩士畢業(yè)論文，2013.

[2]方榮新，施闖，陳克杰，等. GPS地震儀：PANDA軟件測(cè)試結(jié)果與驗(yàn)證[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)-信息科學(xué)版.2011，Vol.35（4）：453-456.

[3]吳繼忠. 基于GPS觀測(cè)的BajaCalifornia地震地殼變形分析[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)-信息科學(xué)版.2011，Vol.36（4）：437-441.