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Detection and interpretation of the time-varying seasonal signals in China with multi-geodetic measurements

Geodesy and Geodynamics 2025年第1期16卷 42-54页

作者： liansheng deng Yugang Xiao Qusen Chen Wei Peng Zhao Li Hua Chen Zhiwen Wu School of Electrical and Electronic Information Engineering Hubei Polytechnic University Hubei Luojia Laboratory GNSS Research Center Wuhan University Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co. Ltd. Key Laboratory of Spatial Data Mining & Information Sharing of the Ministry of Education Fuzhou University School of Geodesy and Geomatics Wuhan University The First Surveying and Mapping Institute of Hunan Province

The time-varying periodic variations in Global Navigation Satellite System(GNSS) stations affect the reliable time series analysis and appropriate geophysical interpretation. In this study, we apply the singular spectrum analysis(SSA) method to characterize and interpret the periodic patterns of GNSS deformations in China using multiple geodetic datasets. These include 23-year observations from the Crustal Movement Observation Network of China(CMONOC), displacements inferred from the Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE), and loadings derived from Geophysical models(GM). The results reveal that all CMONOC time series exhibit seasonal signals characterized by amplitude and phase modulations, and the SSA method outperforms the traditional least squares fitting(LSF) method in extracting and interpreting the time-varying seasonal signals from the original time series. The decrease in the root mean square(RMS) correlates well with the annual cycle variance estimated by the SSA method, and the average reduction in noise amplitudes is nearly twice as much for SSA filtered results compared with those from the LSF method. With SSA analysis,the time-varying seasonal signals for all the selected stations can be identified in the reconstructed components corresponding to the first ten eigenvalues. Moreover, both RMS reduction and correlation analysis imply the advantages of GRACE solutions in explaining the GNSS periodic variations,and the geophysical effects can account for 71% of the GNSS annual amplitudes, and the average RMS reduction is 15%. The SSA method has proved to be useful for investigating the GNSS timevarying seasonal signals. It could be applicable as an auxiliary tool in the improvement of nonlinear variations investigations.

关键词： GNSS coordinate time series Singular spectrum analysis Time-varying seasonal signals Loading effects GRACE

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Study on the vertical deformations induced by terrestrial water storage changes in Huang-Huai-Hai river basin

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Geodesy and Geodynamics 2024年第4期15卷 352-365页

作者： liansheng deng Yugang Xiao Qusen Chen Feifei Liao Zhao Li School of Electrical and Electronic Information Engineering Hubei Polytechnic UniversityHuangshi 435003China Hubei Luojia Laboratory GNSS Research CenterWuhan UniversityWuhan 430079.China Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co. Ltd.Wuhan 430010China

Terrestrial water storage(TWs)variations are associated with water mass movements,which may cause the deformation displacements of the Global Navigation Satellite System(GNSS)*** study investigates the spatio-temporal Tws variations and addresses the relationship between deformation variations observed in the Huang-Huai-Hai River Basin(HHHRB)and local hydrological *** indicate that the vertical velocities at the GNSS stations induced by TWS changes are relatively small,and the impacts of the terrestrial water storage changes are mainly reflected in the changes of seasonal *** there is a downward TWS trend from 2011 to 2022 in most HHHRB areas,velocities from the vertical displacements of both Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)and GRACE Follow-On(GFO)and the GNSS reflect that the HHHRB is undergoing an uplift process,while the magnitude of the GRACE/GFO derived velocities is much smaller than that of the GNSS *** hydrological deformations estimated from GRACE/GFO and GNSS measurements reveal that the TWS-derived displacements can explain 54.5%of the GNSS seasonal variations,with the phases of terrestrial water storage advancing by about one month relative to GNss common signal ***,the decrease of the groundwater storage in the HHHRB has been accelerating since *** reaching its lowest level around mid-2020,it began to rise rapidly,which might be closely related to the implementation of the South-North Water Transfer Central Project.

关键词： Terrestrial waterstorage GRACE GNSS Vertical deformations Huang-Huai-Hairiverbasin

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Investigation of Lushan earthquake ionosphere VTEC anomalies based on GPS data

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Earthquake Science 2013年第3期26卷 259-265页

作者： Weiping Jiang Yifang Ma Hongfei Liu liansheng deng Xiaohui Zhou Research Center of GNSS Wuhan University Administration of Surveying Mapping and Geoinformation of Yunan ProvinceYunan Province Administration of SurveyingMapping and Geoinformation School of Geodesy and Geomatics Wuhan University

Vertical total electron content （VTEC） time series were obtained from 22 GPS stations near the epicenter of the Lushan earthquake. In this paper, we have adopted a sliding average method to detect and analyze anomalous VTEC associated with the earthquake. The results show that signif- icant, negative ionosphere VTEC anomalies appeared over the 5 days before the earthquake, and on the day when earthquake occurred. The maximum value of VTEC anoma- lies that exceeded the lower bound reached 20 TECU. The spatial distribution of VTEC anomalies showed a conjugate structure, which shifted to the magnetic equator, and subse- quently moved westwards.

关键词： Lushan earthquake Vertical totalelectron content (VTEC) Anomalous perturbationGPS

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Study of the effects on GPS coordinate time series caused by higher-order ionospheric corrections calculated using the DIPOLE model

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Geodesy and Geodynamics 2017年第2期8卷 111-119页

作者： liansheng deng Weiping Jiang Hua Chen Zhaohan Zhu Wen Zhao Surveying and Mapping Geomatics Center of AnHui Hefei 230031 China Research Center of GNSS Wuhan University Wuhan 430079 China School of Geodesy and Geomatics Wuhan University Wuhan 430079 China

As one of the main error sources in high-precision Global Positioning System （GPS） data processing, higher-order ionospheric （HOI） delays cause significant effects on coordinate time series that cannot be ignored in analyses of long time series. Typically two geomagnetic models, DIPOLE model and Inter- national Geomagnetic Reference Field （IGRF） model, are used for calculating HOI corrections. This paper investigates the effects of HOI correction caused by the DIPOLE model on coordinate time series. GPS data from 104 globally distributed International GNSS Service （IGS） stations spanning from January, 1999 to December, 2003 were reprocessed following up-to-date processing strategies utilizing GAMIT and GLOBK software. Two coordinate time series solutions before and after applying HOI corrections using the DIPOLE model were derived for studying the effects in terms of seasonal variations and noise amplitudes. The results show that after applying the HOI corrections calculated with DIPOLE, the noise amplitudes of the coordinate time series increased, especially in the north and east directions, and the increased amplitudes of the flicker noise were larger than those of the white noise. Furthermore, spurious periodic signals that were probably introduced by the HOI corrections from the DIPOLE model were also found. Moreover, an apparent increase was confirmed for the power spectra of most of the stations, especially in the north direction, and the amplitudes of both the annual and semi-annual signals also increased in the north and east directions. It can be inferred that the quality of the external data sources such as the geomagnetic model might be the key factors that lead to the above results. The results also suggest that we should be very careful when the DIPOLE model is used for HOI corrections.

关键词： FHigher-order ionospheric corrections Coordinate time series Periodic characteristics Noise amplitudes

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电离层高阶项改正对参考框架实现及测站坐标的影响分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2015年第2期40卷 193-198页

作者：邓连生姜卫平李昭彭利峰武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 卢森堡大学通信技术学院

根据电离层高阶项改正模型,确定了高阶项延迟对不同GPS观测量的影响量。根据IERS协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的104个IGS基准站数据进行了重新处理,研究了电离层高阶项延迟(二、三阶项)对坐标参考框架实现及测站坐标的影响,... 详细信息

根据电离层高阶项改正模型,确定了高阶项延迟对不同GPS观测量的影响量。根据IERS协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的104个IGS基准站数据进行了重新处理,研究了电离层高阶项延迟(二、三阶项)对坐标参考框架实现及测站坐标的影响,量化了不同地磁模型下的高阶项改正影响变化。结果表明,电离层延迟高阶项改正对参考框架原点有较大影响,Z方向的平移可达20mm,X、Y方向的平移所受的影响相对较小,大部分维持在5mm以下;电离层高阶项延迟会引起测站坐标变化的区域性偏移现象;地磁模型的不同会导致参考框架原点Z方向有着约10mm的变化,在局部区域也会引起显著的测站坐标变化差异。最后对电离层高阶项改正的影响结果进行了分析与讨论。

关键词：电离层高阶项改正基准转换参数地磁模型参考框架

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热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

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测绘学报 2015年第5期44卷 473-480页

作者：姜卫平王锴华邓连生李昭武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 武汉大学测绘学院湖北武汉430079 卢森堡大学科学技术与通信系

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩... 详细信息

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩和基岩的影响量;其次,利用最小二乘拟合方法,同时估计模型中周期项的周期、振幅、相位等信息,而已有方法仅估计振幅与相位信息;最后,基于改进的模型,分析了基准站垂向位移的周期性特征变化。本文利用该方法分析了有代表性的9个IGS基准站的数据。结果表明:基岩热膨胀和天线观测墩热效应能造成测站垂直方向位移变化;在分析的基准站中,最大影响分别可达0.57mm和1.85mm;热膨胀效应造成的GNSS基准站垂直方向位移时间序列具有周年和半周年周期特性,分别可以解释测站U方向坐标时间序列季节性变化的11.2%和3.3%,影响大小随测站纬度的增加而增加,且半周年影响明显小于周年影响;同时,部分测站发现了其他小周期的影响(约51d)。此外,基于该方法,选取了全球107个IGS站,计算了热膨胀造成的各测站垂向位移周年振幅及其相位,结果显示周年振幅最大可达3.3mm,其大小和测站纬度具有比较明显的相关性。

关键词：热膨胀垂向位移周期变化最小二乘拟合

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基于GGFC的中国区域IGS测站环境负载位移分析

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测绘地理信息 2015年第4期40卷 23-25,28页

作者：马符讯邓连生周伯烨武汉大学GNSS研究中心武汉市珞喻路129号430079 武汉大学测绘学院武汉市珞喻路129号430079

根据SOPAC提供的GPS坐标时间序列,对2001~2010年选取的中国区域的11个IGS测站,采用GGFC发布的环境负载格网模型,分别计算出中国区域测站的GPS坐标时间序列的大气、非潮汐海洋、水文系统的3种环境负载,并对SOPAC提供的中国区域GPS坐标时... 详细信息

根据SOPAC提供的GPS坐标时间序列,对2001~2010年选取的中国区域的11个IGS测站,采用GGFC发布的环境负载格网模型,分别计算出中国区域测站的GPS坐标时间序列的大气、非潮汐海洋、水文系统的3种环境负载,并对SOPAC提供的中国区域GPS坐标时间序列进行修正。最后通过对数据的分析讨论了IGS测站由于地理位置差异产生的同类环境负载位移的变化趋势与数值上的差异。

关键词： GPS坐标时间序列 GGFC 中国区域测站环境负载

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IGS基准站坐标时间序列最优噪声模型变化探讨

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测绘地理信息 2016年第1期41卷 7-10页

作者：杨登科邓连生安向东杨凯钧武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

选取ITRF2008框架下中国区域的10个IGS基准站2002-2014年的坐标时间序列,将它们分成3个时段:2002-2005、2006-2011、2011-2014,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声分析,并对结果进行对比。结果表明,最佳噪声模型在不同时段是可变的,... 详细信息

选取ITRF2008框架下中国区域的10个IGS基准站2002-2014年的坐标时间序列,将它们分成3个时段:2002-2005、2006-2011、2011-2014,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声分析,并对结果进行对比。结果表明,最佳噪声模型在不同时段是可变的,最优噪声模型、速度场和振幅等需对应特定时段的坐标时间序列,脱离了这个时段,讨论和对比最佳噪声模型、速度场等没有意义。

关键词： IGS基准站时间序列最优噪声模型速度场

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基于机器视觉的机车齿轮毂全自动双轴拧紧机的设计和应用

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起重运输机械 2020年第6期 59-64页

作者：杨润刚刘兵邓连生山东中车同力达智能机械有限公司济南250022

设计了基于机器视觉的机车齿轮毂全自动双轴拧紧机,根据拧紧工艺和扭矩控制原理实现对螺栓拧紧力矩的控制;通过丝杠变径机构,实现不同规格齿轮毂螺栓拧紧;利用机器视觉实现螺栓位置的识别以及初始位置的确定;讨论了自动拧紧机控制系统... 详细信息

设计了基于机器视觉的机车齿轮毂全自动双轴拧紧机,根据拧紧工艺和扭矩控制原理实现对螺栓拧紧力矩的控制;通过丝杠变径机构,实现不同规格齿轮毂螺栓拧紧;利用机器视觉实现螺栓位置的识别以及初始位置的确定;讨论了自动拧紧机控制系统的硬件组成和软件系统配置,并介绍了防错、防漏功能的设计流程。螺栓自动拧紧机可提高装配精度和操作效率,降低工人的劳动强度。

关键词：视觉机器人机车齿轮毂自动控制螺栓拧紧位置识别

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基于耦合线的双频小型化功能融合巴伦设计

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湖北理工学院学报 2023年第5期39卷 1-4,34页

作者：王硕邓连生周乔湖北理工学院电气与电子信息工程学院湖北黄石435003

为了提高通信速率,越来越多的终端设备采用载波融合技术,电路尺寸日趋变小,进而对射频器件提出了双频化、小型化等更高性能的需求。基于此,文章设计了一款小型化功能融合巴伦,以级联的耦合线为主体设计,实现了1 GHz和2 GHz 2个频点下的... 详细信息

为了提高通信速率,越来越多的终端设备采用载波融合技术,电路尺寸日趋变小,进而对射频器件提出了双频化、小型化等更高性能的需求。基于此,文章设计了一款小型化功能融合巴伦,以级联的耦合线为主体设计,实现了1 GHz和2 GHz 2个频点下的平衡到单端的转换,同时还能实现阻抗转换,具有高隔离性、小型化等优点。

关键词：巴伦耦合线小型化双频

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