許 昌

浙江水利水電學(xué)院測繪與市政工程學(xué)院，浙江 杭州 310018

分析IGS站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列的噪聲特性、季節(jié)性變化以及地表質(zhì)量負(fù)載對各坐標(biāo)分量的貢獻(xiàn)，對IGS站點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的干擾改正、測站季節(jié)性運(yùn)動物理機(jī)制的研究以及地固參考框架的穩(wěn)定性維護(hù)具有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。本文以IGS再分析中心JPL產(chǎn)出的單日解坐標(biāo)序列產(chǎn)品為研究對象，對站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，噪聲特性分析，地表質(zhì)量負(fù)載形變模擬，站點(diǎn)時(shí)變季節(jié)性變化提取以及站點(diǎn)坐標(biāo)質(zhì)量負(fù)載形變修正等方面進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：

(1) 對站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列異常值的探測、階躍修復(fù)及不等間隔采樣數(shù)據(jù)處理等數(shù)據(jù)后處理方法進(jìn)行了研究。分析表明，階躍及非等間隔采樣數(shù)據(jù)處理對站點(diǎn)模型參數(shù)估計(jì)具有重要影響，基于白噪聲模型的LSF估計(jì)可以估計(jì)階躍值并進(jìn)行預(yù)修復(fù)。

(2) 引入重疊Hadamard方差(OHVAR)，分析了全球50個(gè)IGS站點(diǎn)約10年以上的坐標(biāo)時(shí)間序列。該方法可以快速探測GPS坐標(biāo)時(shí)間序列中的主要冪律噪聲及其時(shí)空特征，但無法有效探測長時(shí)間相關(guān)性噪聲(如RW)。

(3) 研究了基于不同噪聲組合MLE值顯著性的站點(diǎn)最優(yōu)噪聲模型探測方法。結(jié)果表明，F(xiàn)L+WH(或PL+WH)可以用于描述全球大部分IGS站點(diǎn)的噪聲特性，但部分站點(diǎn)存在一定的RW，需顧及不同噪聲模型對站點(diǎn)參數(shù)估計(jì)的影響。采用不同組合時(shí)段的觀測數(shù)據(jù)對站點(diǎn)噪聲分量的時(shí)空特征進(jìn)行分析，排除了觀測數(shù)據(jù)長度差異是造成閃爍噪聲(FL)緯度依賴性不明顯的原因。

(4) 分析了非潮汐大氣負(fù)載(NCEP-NATML，ERAin-NATML)、非潮汐海洋負(fù)載(ECCO-NTOL)及陸地水負(fù)載(QOCA-CWSL，LSDM-HYDL)所引起的站點(diǎn)形變，證實(shí)了這些負(fù)載形變之間存在一定相關(guān)性，其存在自回歸(AR)過程的有色噪聲。

(5) 研究了基于蒙特卡洛奇異譜分析(MCSSA)的站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)變季節(jié)振蕩信號提取方法。論證了AR(1)噪聲進(jìn)行站點(diǎn)周年振蕩信號顯著性檢驗(yàn)存在不穩(wěn)定性。通過比較噪聲MLE估計(jì)值，證實(shí)了SSA提取的時(shí)變周年振蕩信號會吸收有色噪聲。

(6) 以PL為原假設(shè)背景噪聲，對站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列以及質(zhì)量負(fù)載形變的周期振蕩信號進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1cpy周年振蕩信號相對于其他高頻信號具有更顯著的物理意義。

(7) 針對站點(diǎn)坐標(biāo)周年項(xiàng)的時(shí)變相位，提出了小波交叉譜(XWT)的相位相似性指標(biāo)，其平均相位結(jié)果與LSF提取的固定相位基本相當(dāng)。該方法可以從時(shí)頻域上反映坐標(biāo)時(shí)間序列與質(zhì)量負(fù)載周年之間的相互關(guān)系。

(8) 研究了地表質(zhì)量負(fù)載對站點(diǎn)各坐標(biāo)分量的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列周年振蕩信號中不僅包含物理效應(yīng)，還存在其他不確定因素的影響。探討了河流、湖泊等水體質(zhì)量負(fù)載對于IGS站點(diǎn)垂向季節(jié)運(yùn)動的影響。從加權(quán)均方根(WRMS)、站點(diǎn)相關(guān)性及噪聲分量變化等方面探討了地表質(zhì)量負(fù)載用于站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列修正的可行性。