GPS動態(tài)精密單點定位技術(shù)及其在地震監(jiān)測中的應(yīng)用研究

摘 要： 介紹了高采樣率GPS動態(tài)精密單點定位技術(shù)，利用RTKLIB軟件對2010年4月4日墨西哥Baja California地震時的高采樣率GPS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了PPP處理，并與強(qiáng)震儀積分得到的坐標(biāo)序列進(jìn)行了對比，得出了一些有益的結(jié)論

基金項目：陜西省教育廳科學(xué)研究項目：高采樣率GPS動態(tài)精密定位技術(shù)在地震監(jiān)測中的應(yīng)用研究（2010JK671）， 國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（41304013）。

1、引言

近年來，隨著高采樣率GPS動態(tài)定位技術(shù)研究的發(fā)展，利用高采樣率GPS接收機(jī)進(jìn)行地震監(jiān)測和地震預(yù)報研究日益成為國內(nèi)外研究的熱點。大量研究表明，高采樣GPS動態(tài)定位技術(shù)能夠直接獲取震時地表位移和地震波信息，可作為地震儀監(jiān)測技術(shù)的有力補(bǔ)充。理論上，GPS地震監(jiān)測可以采用相對定位技術(shù)也可以采用精密單點定位（Precise Point Positioning，PPP）技術(shù)。相對定位技術(shù)需要提前選擇遠(yuǎn)離震區(qū)的參考站，并且要將參考站數(shù)據(jù)與流動站數(shù)據(jù)合并一起處理，實施起來存在一定難度；而PPP技術(shù)不需選擇參考站，各接收機(jī)自主定位，非常適合地震監(jiān)測。近年來，PPP技術(shù)已日趨成熟，使用高精度的IGS精密星歷和高采樣率的衛(wèi)星鐘差改正，PPP定位精度已可高達(dá)到cm甚至mm量級。本文采用Rtklib軟件對2010年4月4日墨西哥Baja California地震時的高采樣率GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了PPP動態(tài)數(shù)據(jù)處理，將測站的PPP坐標(biāo)序列與其附近的地震儀積分得到的坐標(biāo)序列進(jìn)行了對比分析，得到了一些有益的結(jié)論和建議。

2、RTKLIB軟件簡介

RTKLIB是日本東京海洋大學(xué)的Tomoji Takasu教授研發(fā)的一套開源GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件既支持動態(tài)相對定位也支持精密單點定位，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，其主要程序包括RTKPOS、RTKPLOT、RTKNAVI等，用戶界面如下圖1所示。

3 動態(tài)PPP數(shù)據(jù)處理

RTKPOST是RTKLIB的核心程序，其動態(tài)PPP數(shù)據(jù)處理流程為：①讀取GNSS觀測數(shù)據(jù)和精密星歷及精密衛(wèi)星鐘差改正文件；②進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括粗差探測與剔除、系統(tǒng)誤差修正；③構(gòu)建系統(tǒng)方程、采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法進(jìn)行PPP參數(shù)估計，可解參數(shù)包括接收機(jī)位置/速度/鐘差、對流層延遲、相位模糊度等。RTKPOST定位完畢之后用戶即可使用RTKPLOT程序繪圖展示PPP坐標(biāo)序列。

4、動態(tài)PPP地震監(jiān)測

協(xié)調(diào)世界時（UTC）時間2010年4月4日22時40分，墨西哥Baja California地區(qū)發(fā)生了里氏7.2級地震。附近的美國加州實時網(wǎng)（CRTN）和美國板塊邊界（PBO）網(wǎng)的GPS觀測站均監(jiān)測到了此次強(qiáng)震，其中P066、P473、P494、P496、P497、P744均可提供震時5Hz采樣的GPS數(shù)據(jù)，特別地P744距震中約65公里，與附近的南加州地震臺網(wǎng)（SCSN）的強(qiáng)震儀NP5028相距140米，P496距震中60公里，與附近的CSSN的強(qiáng)震儀NP5058相距僅70米；為GPS地震監(jiān)測研究提供了寶貴的震時實測數(shù)據(jù)。本文使用歐洲定軌中心（CODE）發(fā)布的GPS精密星歷文件和5秒間隔的GPS衛(wèi)星鐘差改正文件，用RTKPOST對這些GPS站進(jìn)行了動態(tài)PPP處理，其中P496的PPP坐標(biāo)序列與NP5058強(qiáng)震儀積分得到的坐標(biāo)序列如下圖2所示。

由圖可見，PPP得到的N向坐標(biāo)與強(qiáng)震儀積分得到的N向坐標(biāo)具有很好的一致性（差異大多為1～2mm），而PPP得到的E向坐標(biāo)與強(qiáng)震儀積分得到的E向坐標(biāo)在地震之前一致性較好，地震發(fā)生后差異逐漸加大，到地震發(fā)生大約30s時，其E向坐標(biāo)差異才區(qū)域穩(wěn)定并基本保持在20mm左右。對P494及NP5028進(jìn)行處理對比之后，同樣發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。筆者分析認(rèn)為，E向坐標(biāo)差異大、精度低的原因與GPS衛(wèi)星的過南北極特性有關(guān)，如何提高PPP的E向坐標(biāo)精度以及如何研制高效、實用的高動態(tài)PPP整數(shù)模糊度固定算法還有待深入研究?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳憲冬（1972-）男，山東冠縣人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事GPS、GIS方面的教學(xué)科研工作。