夏小波

摘要：GNSS觀測資料應用的基本思路是通過軟件進行數(shù)據(jù)處理，處理的結(jié)果有無約束平差產(chǎn)出的基線和約束平差產(chǎn)出的點位移兩種，數(shù)據(jù)過程中雖然進行了各種模型的改正，但解算結(jié)果中仍然存在誤差，因此對基線進行滑動均值等方法處理，處理后的結(jié)果可用于斷層的活動性分析，點位移則用于分析云南省內(nèi)主要塊體的相對運動狀態(tài)。

關鍵詞：GNSS基準站;連續(xù)觀測資料應用

隨著空間技術和通信技術的發(fā)展，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（ GNSS） 相關技術已經(jīng)逐漸成為導航、定位領域的主要手段，而且占據(jù)了廣闊的市場。而網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)，又為GNSS 技術的應用拓展了一個高精度、高效率、高可靠性的應用空間。在GNSS技術和網(wǎng)絡信息技術不斷完善的基礎上，我國GNSS 連續(xù)運行基準站網(wǎng)建設已全面展開。

1 相關現(xiàn)狀

連續(xù)運行基準站網(wǎng)可以維持相應區(qū)域的高精度、三維、地心、動態(tài)坐標框架，提供集約化的定位和導航服務，可廣泛服務于國家大地基準、氣象、地球動力學、地學災害監(jiān)測，以及位置服務等領域。但由于地區(qū)和行業(yè)差異，各部門在建設GNSS 連續(xù)運行基準站網(wǎng)時技術要求不盡相同，相互之間也不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，有些地區(qū)存在重復建設、資源浪費的現(xiàn)象。因此需要制定相關技術規(guī)范，明確規(guī)定基準站選址、基建、設備配置、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)品服務系統(tǒng)等諸多環(huán)節(jié)的技術要求，并在數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)存儲格式、信號編碼和傳輸格式等大的方面提出統(tǒng)一格式，使基準站網(wǎng)的建設、管理和運行規(guī)范化、制度化，改變過去多樣化、無統(tǒng)一標準的建設，使各系統(tǒng)在全國范圍整體應用上充分發(fā)揮其作用，實現(xiàn)節(jié)約資源、信息共享，并為大地測量基礎設施建設、國家框架基準的維護奠定基礎。在基準站的建設上應采取如下措施：基準站地基堅實穩(wěn)定，視野應寬闊，遠離大功率無線點發(fā)射源等不利因素。同時應在選定的站址上架站測試數(shù)據(jù)，采集24h的觀測數(shù)據(jù)進行必要的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，從而更清楚地了解擬建站址周邊的環(huán)境是否存在對參考站的干擾，有否引起多路徑效應的反射物以及電離層，對流層的影響情況，從而確保參考站系統(tǒng)建設的質(zhì)量。

2 GNSS基準站連續(xù)觀測資料應用研究

2.1 處理軟件。目前，國際上廣泛使用三大高精度GPS數(shù)據(jù)處理軟件，由于軟件采用的是開源代碼形式，因此得到了更為廣泛的運用，也使用此軟件進行數(shù)據(jù)處理。地球參考框架是天文學和地學界研究的基本問題之一，隨著科學技術的發(fā)展，人們對地球參考框架的建立與維持提出了越來越高的要求。國際地球自轉(zhuǎn)服務發(fā)布的國際地球參考框架序列是國際上公認的精度最高，穩(wěn)定性最好的參考框架。在數(shù)據(jù)解算過程中，可以通過選擇各種不同的模型對處理過程進行干預，模型的選擇對解算結(jié)果的精度有一定的影響，為了滿足分析數(shù)據(jù)處理需求，筆者采用了衛(wèi)星軌道的松弛模式進行數(shù)據(jù)處理，有利于最大限度地利用區(qū)域觀測數(shù)據(jù)精化衛(wèi)星軌道，同時也保證了數(shù)據(jù)處理結(jié)果的一致性;并引人了固體潮模型和海潮模型對觀測值進行改正;此外，由于數(shù)據(jù)的觀測誤差主要來源于信號的多路徑效應和大氣對流層的折射，這些誤差與衛(wèi)星的截止高度角密切相關，因此筆者采用了依據(jù)衛(wèi)星截止高度角ELEV定權(quán)的方法，以減少誤差;數(shù)據(jù)處理時還引入了極移、歲差、章動等物理效應數(shù)據(jù)，用模型進行改正。如果基準站延遲時間過長，則該基準站的數(shù)據(jù)將不參與整網(wǎng)解算，會影響差分信息的質(zhì)量。當全球坐標框架發(fā)生變化、更新時，或由于地殼運動、地面沉降等自然或人為因素造成基準站顯著位移時。基準站接收機采樣率越高，生成的虛擬觀測值與原始觀測值的一致性越好，且所有觀測衛(wèi)星均體現(xiàn)這一規(guī)律。分析其原因大概有兩點：一方面，接收機鐘差隨著時間變化較為迅速并且沒有規(guī)律，采樣率越小影響越大;另一方面，采樣率越高，對流層延遲、電離層延遲等誤差項差異越小，保證了觀測值的一致性。采樣率越高出現(xiàn)跳動的次數(shù)越少，且幅值明顯更小，任選一顆衛(wèi)星做星際單差后發(fā)現(xiàn)跳動未再出現(xiàn)，故推測是接收機鐘差的影響。

2.2 觀測值生成?；鶞收咎摂M觀測值的生成，就是選取非采樣點最近鄰的前后兩個觀測歷元的觀測數(shù)據(jù)，計算其殘差，并擬合得到非采樣點的殘差，最終獲取虛擬觀測值。接收機通常使用石英鐘，它的鐘差略大，不夠穩(wěn)定，沒有明顯的變化規(guī)律。基于接收機鐘的這種特性，將其鐘差作為未知參數(shù)估計，利用精度能夠達到對流層濕延遲難以使用固定的模型加以修正，也將它作為待求解參數(shù)，利用對流層天頂濕延遲的精度可以達到厘米甚至毫米級別。利用消電離層組合對非采樣點前后兩個觀測歷元的基準站參數(shù)加以估計，而基準站坐標精確已知，待估參數(shù)僅包括接收機鐘差、對流層天頂濕延遲和消電離層模糊度。對流層天頂干延遲、衛(wèi)星鐘鐘差等可通過剩余的不能或微小誤差歸入到殘差中。利用測站真實坐標便可真實衛(wèi)地距，再與觀測值和上述誤差項一并求取兩個同步歷元的殘差。由于電離層延遲隨著時間變化較為緩慢，因此，通過一階多項式函數(shù)擬合獲取非采樣點殘差中的該項誤差;再通過相關獲得非采樣點衛(wèi)星鐘鐘差、對流層延遲、衛(wèi)地距;進一步獲取非采樣點的虛擬觀測值。由于接收機鐘差變化快、規(guī)律性差且在差分時完全可以消掉，故在非采樣點處不再考慮。

2.3 點位移的應用。點位移在直觀性和可靠性方面更具優(yōu)越性，因為點位移的變化反映的是單點的信息，而基線反映兩個點間的相對位置，與兩個點相對運動相關，且點位移是通過多條觀測基線平差得到，存在多余觀測值，可靠性好。但它也有局限性，因為點位移的求解存在框架的選擇問題，點位的速度場會因所選取的參考基準的不同而呈現(xiàn)不同的圖像，但其所包含的相對運動信息不變，為了選擇一個好的參考框架，能夠真實反映內(nèi)部各個塊體問的相對變化情況，在試算分析之后，我們選擇了點作為參考，因為該點相對穩(wěn)定，求出其他點位為參考的相對位移。在點位移的求取過程中采用了4天數(shù)據(jù)進行聯(lián)合平差，點位坐標的精度得到了大幅提高，確保了點間相對運動的可靠性。各個點位由于數(shù)據(jù)時間長短不同，運動量的差異也比較大，但點位運動方向從最初的東向，這些現(xiàn)象都表明菱形塊體的南向運動受到了阻擋，地震之前塊體間相對運動出現(xiàn)了背離長期運動背景的現(xiàn)象。

GNSS基準站站點的建成，地震預測預報工作增加了一個高精度、高可靠性、全天候服務的監(jiān)測手段，從基線數(shù)據(jù)、點位移數(shù)據(jù)的分析中可以看出，在地震發(fā)生前，GNSS站點所反映的地殼運動信息中包含的一些現(xiàn)象值得我們關注，如何對這些信息進行深加工、處理是今后我們面對的主要問題，在今后的工作中還有許多方法值得探索，讓GNSS觀測資料在地震預測和預報中的作用得到更為充分的體現(xiàn)。

參考文獻：

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