CME对IGS基准站坐标序列噪声模型及速度估计影响分析

以50个IGS基准站坐标时间序列为研究对象,采用赤池信息量准则（BIC）模型估计准则对四种组合噪声特性进行估计分析,探讨共模噪声（CME）对IGS基准站坐标时间序列噪声模型及站速度影响. 结果表明CME会导致IGS基准站坐标序列噪声模型的有偏估计,并影响站速度的确定精度,准确估计基准站速度参数时应对CME进行修正;经CME修正后IGS基准站周年运动周年项振幅有所减小,高程方向更为明显,表明滤波后IGS基准站周年运动相对稳定.      

GPS坐标时间序列噪声估计及相关性分析

比较分析了极大似然估计法、最小二乘方差分量估计法以及最小范数二次无偏估计法对GPS站坐标时间序列噪声的估计效果,确定最小范数二次无偏估计法为最优的噪声方差估计方法。在此基础上对中国及其周边区域20个IGS站坐标时间序列中各方向噪声方差进行一元线性回归分析。结果表明,中国及其周边区域IGS站不同方向的噪声间具有中等强度以上的相关性,其中N方向闪烁噪声与其他方向闪烁噪声的相关性要强于白噪声。水平方向的噪声振幅能够解释垂直方向噪声振幅变化的40%~60%,而N方向噪声振幅能够解释E方向噪声振幅变化的60%~80%,获得的线性回归方程具有使用价值。     

热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

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。     

中国区域内IGS站时间序列的非线性变化分析

以中国区域内8个IGS站时间序列为研究对象,对其非线性变化的规律进行分析.首先,对这些测站时间序列进行频谱分析提取周期项,结果表明周年频谱是绝大部分IGS站共有的非线性运动规律,只是振幅大小不同;其他周期项则不具有普遍性,并且在垂直方向上周期规律最明显.然后采用三角函数法对时间序列中的周期规律进行拟合,结果显示三角函数法能更加直观地体现出非线性变化的规律,有利于进一步分析非线性变化的性质与机制,对建立和维持高精度地球参考框具有重要的参考价值.      

联合区域叠加滤波法与小波变换去除GPS站坐标时间序列噪声

GPS站坐标时间序列中存在的周期性与非周期性误差严重影响了对测站运动特征的分析及其非线性变化的物理机制解释。因此,为削弱噪声的影响,本文首先利用区域叠加滤波法去除了南加利福尼亚地区16个测站时间序列的共模误差,以此削弱时间序列中存在的包括周年和半周年误差在内的周期性误差。为去除滤波后残留的噪声,对滤波后的信号进行静态离散小波变换,提取了周期为半周年以上的信号。结果表明,联合区域叠加滤波法与小波变换对GPS站坐标时间序列进行处理,既能够削弱周期性误差对信号的影响,又能较好地提取测站的非线性运动信号。     

随机模型对IGS站速度及其不确定度影响分析

针对随机模型对站速度的影响,该文以45个国际GNSS服务(IGS)核心站坐标时间序列为研究对象,提出基于Fisher信息矩阵的KIC噪声模型估计准则,对WN、PL、FN+WN、FN+RW、FN+WN+RW备选随机模型进行分析。探讨不同随机模型对IGS站速度及其不确定度估计的影响。结果表明,IGS站坐标时间序列随机模型呈现出多样性,在进行噪声模型估计及其速度应用时应选择足够代表IGS随机模型的备选噪声模型。不同随机模型对IGS站速度估计值的相对影响较小,但对速度不确定度估计值影响不可忽略,尤其是RW分量对站速度不确定度的影响更加明显。     

IGS测站的非线性变化研究

基于坐标模式的广义网平差模型，利用IGS发布的对GPS全球站处理后形成的单天解SINEX文件，通过自编软件计算了IGS测站的时间序列，并发现IGS测站存在非线性变化。利用频谱分析方法得出了IGS测站存在年周期或半年周期的变化，同时利用经验模型建立了IGS测站的测站速度函数。指出了仅利用1个线性量估计IGS跟踪站的速度值会存在偏差，应建立周期性变化模型，或采用分段线性化的方法，每隔一定的时间给出1个对应的速度。     

对流层投影函数选取对基准站坐标的影响分析

通过处理IGS基准站2000-2014年的观测数据,比较分析了VMF1(vienna mapping function 1)和GMF(global mapping function)两种投影函数的选择对基准站坐标的影响。结果表明,两种投影函数引起的坐标变化在高程方向的影响大于水平方向,造成高程方向的坐标变化达3 mm。两种投影函数的不同也会造成基准站周期振幅的变化,周年振幅变化显著于半周年振幅变化。     

欧洲地区IGS基准站坐标时间序列各分量方向最优噪声模型变化探讨

针对现有坐标时间序列研究中各分量方向间噪声特性对比研究较少,本文选取欧洲地区58个IGS基准站11年的坐标时间序列,采用不同的噪声模型组合对它们进行噪声分析并就各分量方向间的噪声特性进行对比。结果表明,各测站在NEU分量表现出不同的噪声特性,因此分析时间序列变化特征的物理解释时需对各分量区别对待;垂直分量的有色噪声、振幅等明显大于水平方向,与一般认为的垂直分量精度低于水平分量相一致。      

山东CORS基准站坐标时间序列噪声分析

针对目前在分析GPS基准站噪声时对其坐标时间序列周期项提取不充分的现状,该文提出用小波谱探测坐标时间序列中的周期项,用小波分析方法提取周期项,得到不含明显周期项噪声序列。以山东CORS中26个基准站两年的坐标时间序列为例,去除了坐标时间序列中阶跃项,确定了长期趋势项,对周期项进行了探测、分离和提取,得到了各测站的噪声序列;用谱指数法分析了噪声的类型,用最大似然估计获取了各种噪声的分量,进而建立了噪声组合模型。实验结果表明,山东CORS基准站噪声模型可以用白噪声加闪烁噪声的形式来描述,其白噪声的平均值为1.25mm,闪烁噪声的平均值为5.46mm。     

温度与天气对IGS跟踪站联测的残差影响分析

针对一年中全球卫星导航系统(GNSS)服务(IGS)跟踪站联测残差影响较大等问题,总结平均温度变化、雨雪天气情况与IGS站联测残差的关系,判断影响IGS跟踪站联测残差的因素. 适合我国境内及周边IGS站联测的基准站的稳定性检测,并使用标准化均方根误差平均值(NRMS)进行评价,在避免影响精度因素的情况下进行联测,提高精度. 最后选取2018年CHAN站作为未知站点,对我国东北地区周边4个IGS站(BJFS、DAEJ、SHAO、ULAB)进行联测,利用GAMIT／GLOBK软件进行高精度基线处理,并选择2017年数据进行检核. 实验结果表明平均温度变化与雨雪天气是影响IGS跟踪站联测残差的两项因素,平均温度与NRMS值呈负相关趋势,相关性大于60％. 雨雪天气联测效果较差,较非雨雪天气NRMS值相差0.5 mm左右,其中降雪天气联测精度最低,不建议雨雪天气进行联测任务.      

验潮站坐标时间序列特性分析

文中以298个验潮站作为研究对象,采用广义高斯-马尔科夫模型(GGM)、自回归滑动平均模型(ARMA)以及分形自回归聚合滑动平均模型(ARFIMA)三种模型,对验潮站坐标时间序列噪声模型特性及海平面变化趋势进行估计分析,并探讨了时间跨度对验潮站速度估计的影响. 实验结果表明:验潮站坐标时间序列主要呈现为ARFIMA(1,0)、ARFIMA(2,2)、ARMA (1,0) 噪声特性;验潮站速度估计结果表明64.77%的站点速度值所处区间为0～4 mm/a,平均海平面速度为1.25 mm/a,整体处于上升趋势. 随着时间跨度的增加,验潮站坐标序列速度不确定度逐渐由发散趋于收敛,大于110 a的时间跨度有助于获取稳健的验潮站速度估计值.      

改进的启发式分割算法在GNSS坐标时间序列阶跃探测中的应用

在启发式分割算法的基础上，引入z检验和标准正态均一性检验（standard normal homogeneity test，SNHT），提出了一种新的阶跃探测法，并将其应用于20个陆态网（Crustal Movement Observation Network ofChina，CMONOC）和10个国际全球卫星导航系统服务（International Global Navigation Satellite System Ser-vice，IGS）参考站近5 a的坐标时间序列。结果显示，对于IGS站东（east，E）、北（north，N）、垂直（up，U）3个方向分量已知阶跃的平均准确探测率分别为68.5%、71.3%、64.8%，且利用阶跃点前后25 d初始拟合残差的平均值之差得到修复后的坐标时间序列保持了良好的连续性。基于剔除粗差后的坐标时间序列，利用坐标时间序列分析软件（coordinate time series analysis software，CATS）估计出的速度显示:对于由已知阶跃与改进算法探测出的阶跃历元的组合方式，所有测站E、N、U方向的估计速度与CMONOC官网发布的速度的平均偏差分别为2.86 mm/a、1.14 mm/a、2.31 mm/a，明显小于由已知阶跃和肉眼判断明显阶跃历元的组合方式获得的平均速度偏差。上述结果表明，改进的启发式分割算法可应用于坐标时间序列的阶跃探测。     

On the Non-linear Motion of IGS Station

With the daily SINEX files of the IGS, the time series of IGS stations are obtained using an independently developed software under generalized network adjustment models with coordinate patterns. From ...     

Improving the estimation of fractional-cycle biases for ambiguity resolution in precise point positioning

Ambiguity resolution dedicated to a single global positioning system (GPS) station can improve the accuracy of precise point positioning. In this process, the estimation accuracy of the narrow-lane fractional-cycle biases (FCBs), which destroy the integer nature of undifferenced ambiguities, is crucial to the ambiguity-fixed positioning accuracy. In this study, we hence propose the improved narrow-lane FCBs derived from an ambiguity-fixed GPS network solution, rather than the original (i.e. previously proposed) FCBs derived from an ambiguity-float network solution. The improved FCBs outperform the original FCBs by ensuring that the resulting ambiguity-fixed daily positions coincide in nature with the state-of-the-art positions generated by the International GNSS Service (IGS). To verify this improvement, 1?year of GPS measurements from about 350 globally distributed stations were processed. We find that the original FCBs differ more from the improved FCBs when fewer stations are involved in the FCB estimation, especially when the number of stations is less than 20. Moreover, when comparing the ambiguity-fixed daily positions with the IGS weekly positions for 248 stations through a Helmert transformation, for the East component, we find that on 359 days of the year the daily RMS of the transformed residuals based on the improved FCBs is smaller by up to 0.8?mm than those based on the original FCBs, and the mean RMS over the year falls evidently from 2.6 to 2.2?mm. Meanwhile, when using the improved rather than the original FCBs, the RMS of the transformed residuals for the East component of 239 stations (i.e. 96.4% of all 248 stations) is clearly reduced by up to 1.6?mm, especially for stations located within a sparse GPS network. Therefore, we suggest that narrow-lane FCBs should be determined with ambiguity-fixed, rather than ambiguity-float, GPS network solutions.     

北京市CORS站坐标时间序列噪声分析

针对北京市CORS站的稳定性问题,该文利用GAMIT/GLOBK软件对北京市13个CORS站2016—2018年的观测数据进行了处理,获取了原始坐标时间序列和坐标残差时间序列,通过极大似然估计的方法对CORS基准站进行了噪声模型分析和区域速度场估计。结果表明,北京市CORS站坐标时间序列的最佳噪声模型为WN+FN+RWN组合模型;采用NEU方向的最佳噪声组合模型对北京市CORS站进行区域速度场估计,BJTZ、CHAO、DSQI、XNJC站的沉降较为严重,其他CORS站N方向速度估值在7.2~14.3 mm/a,E方向速度估值在27.5~32.5 mm/a,U方向速度估值在2.0~8.5 mm/a。     

我国IGS基准站高程时间序列抗差功率谱估计

为更清晰地了解基准站高程序列的周期运动特性,本文采用抗差最小二乘迭代与功率谱估计相结合的方法,分析了我国6个IGS基准站近11年观测得到的高程时间序列数据。在功率谱分析获取准确的高程运动第一主周期项的基础上,继续抗差迭代,并分离出高程方向运动的其他主周期项和振幅,得到了主要周期项对高程方向运动能量的贡献大小,基准站高程方向具有接近一年的年周期运动和多于一年的第二主周期项运动,半周年项运动所占的比重很小。