GNSS坐标时间序列分析与时空滤波研究

作     者：邵振华 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐克科

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：GNSS PCA CME 坐标时间序列 噪声模型 

摘      要：近二十年来,随着空间大地测量技术的发展,GNSS地壳运动观测网络逐渐建立起来,可以获得连续的测站坐标时间序列数据。同时,早在20世纪90年代,日本国土地理院就开始建立连续的观测网络GEONET。截至2013年,日本全国已建成1273个观测站,平均间距约20公里。而且各站数据容易获取,是研究的理想区域,吸引了众多学者对该区域进行研究。本文以GEONET网络作为研究对象,获取了日本地区GNSS基准站2005年至2010年连续6年的数据,对坐标时间序列进行研究分析。具体研究内容为:(1)对时间序列分析原理和方法进行了探讨,将主成分分析应用在共模误差的提取中,总结出了主成分分析的流程。首先,对坐标时间序列进行预处理操作,包括粗差剔除、各种间断和阶跃的改正方法、缺失数据进行插值处理以及对坐标时间序列进行最小二乘拟合建模,最后获得残差坐标时间序列。(2)采用了主成分分析法对站点坐标时间序列进行了处理,根据F检验以及主成分站点响应一致性,选取第一主成分作为共模误差,其中E、N、U方向第一主分量贡献率分别为35.24%、40.87%、28.54%。同时分析了共模误差的时空分布,分析可知,各个站点E、N、U方向第一主成分的空间响应在所有站表现出了一致性,平均空间响应分别为77.53%、77.68%和73.24%。然后从站点坐标时间序列中剔除共模误差,重新利用赫克托(Hector)软件估计坐标时间序列中各项参数在空间滤波前后的数值。结果显示:E、N、U方向的标准差平均改善了17.25%、19.40%、5.40%;同时可以看出:所有测站周年振幅以及半周年振幅的不确定度均有所下降,E、N、U方向周年项振幅不确定度分别平均降低了27.48%、24.92%、10.13%。E、N、U方向半周年项振幅不确定度分别平均降低了26.88%、25.65%、9.53%。说明周期项的误差能在剔除共模误差后大大减少,精度得到提高,使原本淹没在误差里的信号更加明显。(3)分析了剔除共模误差前后对最优噪声模型的组合以及速度不确定度的影响。可以看出剔除共模误差前E、N、U方向最优噪声模型均为WN+FN和WN+PLN;剔除共模误差后E方向上WN+FN由66.67%降至35.56%,WN+RWN+FOGM由8.89%增加至22.22%;N方向上WN+FN由60%降至42.22%,WN+RWN+FOGM由6.67%增加至22.22%;U方向WN+FN由40%增加至57.78%,WN+PLN由44.44%降至26.67%;E方向最优噪声模型类型变为WN+FN和WN+RWN+FOGM;同时可以得到E、N、U方向速度变化大部分在0.05mm/a;E、N、U方向速度不确定度分别平均下降了28.11%、26.14%、10.83%;(图16幅,表10个,参考文献60篇)