利用PPP技術(shù)進行震時GPS臺站位移監(jiān)測

■李晉軍（忻州市煤田地質(zhì)勘探隊山西忻州034000）

利用PPP技術(shù)進行震時GPS臺站位移監(jiān)測

■李晉軍
（忻州市煤田地質(zhì)勘探隊山西忻州034000）

隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高頻GPS接收機的出現(xiàn)，使其能滿足動態(tài)高精度需求的應(yīng)用領(lǐng)域。本文利用精密單點定位技術(shù)（PPP）分析了在Mw 7.8級尼泊爾大地震期間LHAZ站的運動情況，獲取了臺站同震位移，并基于此分析了臺站受損情況。

精密單點定位GPS臺站地震位移

1　引言

全球定位系統(tǒng)（GPS）具有全球、全天候、連續(xù)、實時的特點，因而在大地測量、地球動力學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高頻GPS接收機的出現(xiàn)，使其應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步擴展，能滿足動態(tài)高精度需求的應(yīng)用領(lǐng)域，如水汽監(jiān)測、震時同震位移監(jiān)測等[2]。傳統(tǒng)的GPS作業(yè)方法大多采用差分GPS技術(shù)，至少需要兩臺GPS接收機進行同步觀測，且作業(yè)范圍受用戶站與基準(zhǔn)站距離的限制。近年來，精密單點定位技術(shù)（Precise Point Positioning，簡稱PPP）的出現(xiàn)和快速發(fā)展進一步豐富和完善了GPS定位理論及其應(yīng)用。其作業(yè)方法具有簡單靈活、無需基準(zhǔn)臺站、作業(yè)范圍不受限制，定位精度高、且點位精度均勻等優(yōu)勢，為GPS用戶提供了一種新的作業(yè)方法。本文基于PPP技術(shù)分析Mw 7.8尼泊爾大地震期間IGS跟蹤網(wǎng)中的LHAZ臺站位移變化，并對其穩(wěn)定性進行分析。

2　精密單點定位技術(shù)

精密單點定位是指基于IGS提供的GPS精密星歷和精密鐘差，用戶利用單臺GPS雙頻雙碼接收機的觀測數(shù)據(jù)在數(shù)千平方公里，乃至全球范圍內(nèi)的任意位置實現(xiàn)實時或事后的高精度定位的技術(shù)[3]。該技術(shù)自上世紀(jì)90年代提出以來，已經(jīng)歷了20余年的發(fā)展，并逐漸走向成熟。

對于一個雙頻GPS接收機，Li（i=1,2）載波上的偽距和相位觀測值可用下式表述：

式中，上標(biāo)g代表衛(wèi)星，Pi為測碼偽距觀測值；φi為載波相位觀測值（距離）；dion/Li為電離層延遲；Ni為整周模糊度；c為真空中的光速；dT為衛(wèi)星鐘差；dt為接收機鐘差；dorb為衛(wèi)星軌道誤差；dtrop為對流層延遲誤差；為偽距或相位觀測值未顧及的其余誤差之和，如潮汐改正、天線相位中心偏差、多路徑效應(yīng)及觀測噪聲等。

不同于雙差定位模式，非差PPP模型中各項誤差無法通過差分消除。采用雙頻無電離層組合模型消除電離層延遲，衛(wèi)星軌道誤差及衛(wèi)星鐘差采用精密星歷與精密衛(wèi)星鐘差來消除。其余大多數(shù)誤差如，天線相位中心偏差、相對論效應(yīng)、地球自轉(zhuǎn)改正、固體潮、海洋潮、天線相位中心偏差、相位纏繞誤差采用現(xiàn)有模型對其進行精確改正。接收機鐘差與對流層濕延遲變化較復(fù)雜，將其當(dāng)作參數(shù)進行估計。其隨機模型一般采用高斯白噪聲或隨機游走模型。由此可知，待估參數(shù)主要包括測站坐標(biāo)、接收機鐘差、無電離層組合模糊度及天頂對流層延遲。參數(shù)估計的方法可以采用序貫最小二乘或卡爾曼濾波。

目前國際上一些知名科研院所及商業(yè)公司相繼研發(fā)了自己的PPP軟件，如GIPSY、CRS-PPP等軟件。本文的數(shù)據(jù)處理與分析采用GNSS精密定位開源軟件包RTKLIB V2.4.3，該軟件包的精密定位模塊RTK-POST，同時支持RTK解算、PPP解算，軟件界面友好，功能豐富。

3　臺站位移監(jiān)測及分析

2015年4月25日06:11:26.270（UTC），在尼泊爾境內(nèi)博克拉地區(qū)發(fā)生了Mw 7.8級地震，震中位于北緯28.147度，東經(jīng)84.708度，震源深度約20公里。為了分析該地震地殼運動空間與時間的變化，選取了距離最近的1個IGS跟蹤站（LHAZ）在地震期間的觀測數(shù)據(jù)，采用RTK-POST軟件進行事后動態(tài)PPP解算。

圖1為LHAZ臺站采用動態(tài)PPP處理得到的結(jié)果，顯示了地震期間臺站瞬時位移變化情況。圖中橫軸時間系統(tǒng)為GPS時（GPS Time UTC=16 s），起點為發(fā)震時刻，時長為10分鐘。由圖可知，在截取的地震期間中，LHAZ站隨著地震波的到來和遠去，經(jīng)歷了從平靜到劇烈震動再到平靜的過程。在地震發(fā)生后2分多鐘后，臺站產(chǎn)生了明顯運動，持續(xù)時間約100秒左右，期間最大位移在北向達到了8厘米，在西向達到了4厘米，在垂直向上方向達到了6.4厘米。

圖1　尼泊爾大地震震中及LHAZ臺站分布示意圖

4　結(jié)論

受地震影響，GPS臺站易發(fā)生移動，甚至受損。但同時也可以利用GPS臺站的運動情況為地震監(jiān)測和研究服務(wù)。結(jié)合尼泊爾大地震，本文采用動態(tài)PPP技術(shù)處理和分析了地震當(dāng)天中國境內(nèi)的LHAZ站的運動情況，結(jié)果表明，在地震發(fā)生過程中，臺站受地震波影響，發(fā)生了劇烈晃動。不過，由于距離震中較遠，臺站發(fā)生的永久性位移較小，未遭到嚴(yán)重變形破壞。

[1]劉經(jīng)南,葉世榕.GPS非差相位精密單點定位技術(shù)探討[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）,27(3):234-239,2002.

[2]Larson K M.GPS Seismology[J].Journal of Geodesy,83(3):227-233,2009.

[3]張小紅,劉經(jīng)南.基于精密單點定位技術(shù)的航空測量應(yīng)用實踐[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）,31(1):20-22,2006.

P228.4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-171-1