四川GPS觀測網絡寧南基準站噪聲特征分析

顧 鐵，陳 聰，劉 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川GPS觀測網絡寧南基準站噪聲特征分析

顧 鐵，陳 聰，劉 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

在地球動力學和地震預測預報研究領域中，在處理GPS數據時，發現測站周圍環境干擾是影響GPS定位精度的主要環境因素之一，會對GPS接收機的定位結果造成影響。本文根據四川省GPS觀測網絡地震監測網的連續性等特點，通過對觀測網中2014～2015年參考站的數據進行處理，發現寧南基準站數據處理結果在某一時段存在突跳現象，通過對數據處理結果的進一步分析研究發現，測站附近廣播信號塔的信號發射對GPS信號接收存在干擾。

誤差 ；GPS定位精度 ；干擾；噪聲特征

GPS觀測結果在地殼運動研究中已經得到廣泛的應用。在這些應用中通常用位移(或速率)誤差來判別結果和據此得到的推論的可信度。而這種誤差一般是指建立在最小二乘原則上的內符合精度。對GPS觀測中的偶然誤差可以正確判斷，但現實中，對于非偶然誤差的判別就不具備可信度了。本文中通過對四川GPS觀測網絡連續運行參考站數據的解算，發現個別站時間序列的噪聲特征，在應用GPS結果時需要對其誤差的估計引起足夠重視。

四川省地震局GPS觀測網絡共由68個連續運行參考站(CORS)組成(其中34個站點的數據可實時傳輸至數據中心)(圖1)，網內所有測站均使用GAMIT/GLOBK軟件進行統一處理和平差(時間延遲：3 d)，所獲取的最終數據產品包括：基線時間序列(精度：1×10-8～10-9)、坐標時間序列(精度：水平3～5 mm，垂直10～15 mm)、速度場(精度：1 mm/yr)、GPS/TEC信息(0.01～0.40TECU/四川區域)等。目前，四川省內的所有GPS測站均已實現連續、自動數據解算，數據解算成果應用于地震會商會。

圖1 四川GPS觀測網絡站點分布

1 分析

2014年4月，GPS中心在對數據處理結果進行分析時發現四川寧南站坐標時間序列呈現較為明顯的抖動，見圖2中方框所示，2014年3月和2015年3月寧南臺站數據處理結果中都出現了較大抖動。通過對該測站建站資料分析，臺站環境實地踏勘，發現該測站架設于基巖之上，可以排除測站墩臺受土壤松動的影響。根據GPS定位原理，影響定位精度的主要因素來源于信號傳播過程、相應的時間定位精度和接收機誤差，因此對定位誤差的貢獻因子主要包括SA誤差、大氣層干擾、對流層延遲改正后殘差、星歷誤差及多路徑效應誤差。概括起來定位的主要誤差來源可分為3類，即衛星誤差、信號傳播誤差和接收誤差。

(1)衛星誤差主要包括星歷誤差和星鐘授時誤差；(2)信號傳播誤差主要包括電離層和對流層延時改正誤差、多路徑誤差、相對論效應誤差和地球自轉效應誤差；(3)接收誤差與GPS接收機有關，主要包括觀測噪聲誤差、內時延誤差和無線相位中心誤差。

在上述誤差因素中，GPS衛星的星歷誤差、衛星鐘誤差、GPS接收機鐘差以及大氣折射造成的誤差等都有一定的規律可循，可采取一定的措施將誤差影響降至最低。如利用差分GPS技術可將衛星鐘誤差和星歷誤差消除，并將電離層延遲和對流層延遲誤差部分消除.

因為本站設備為Trimble NETR8+Choke Ring天線，與“四川GPS觀測網絡”其他測站使用設備相同，根據其他測站坐標序列的穩定性和數據處理質量，基本可以排除觀測設備自身的誤差影響。因此需要考察GPS臺站數據處理結果會不會受到周邊觀測環境的影響。通過到臺站現場勘查其周邊環境(圖3)，圖3中圓圈內為GPS臺站位置。

圖2 四川寧南GPS臺站2014～2015坐標時間序列變化

約在GPS臺站的南側20米處有電視轉播塔、移動信號塔，考慮到這些信號塔對GPS信號應該會有明顯的影響，基于此，使用GAMIT軟件相關命令，繪制了該站的殘差信號天空視圖(圖4)，以2014年001天、002天、004天和005天的天空殘差視圖為例。由圖4可見，影響殘差大小的因素主要為多路徑效應+水汽+天線相位中心誤差，連續兩天具有重復性的殘差部分為多路徑引起的殘差分量。圖中長方形圈注的區域呈現周期性，可理解為多路徑產生的影響。同時，需要說明的是，用長方形圈注起來的的區域恰好也在測站的東南側附近，與電視轉播塔、移動信號塔等所在的區位基本一致。由此可判斷出，寧南基準站附近存在的信號發射塔對該測站GPS信號接收存在一定的干擾，引起數據處理結果出現突跳。

為進一步說明上述明顯的天空殘差與該站坐標序列的不穩定是否有明顯關系，專門繪制了殘差噪聲/時間序列曲線圖(圖5)，圖中可見，擾動較為明顯的區域對應的線條跳躍偏離值也較多，說明，周圍觀測環境對該站坐標序列的影響較為明顯。

圖5 寧南GPS臺站殘差噪聲/時間

3 結論

通過對寧南測站周邊環境的勘查和測站觀測數據解算分析，可以發現2014年3月和2015年3月該站都出現了數據突跳現象，該現象與臺站附近建有信號通信塔有關，當信號塔發射信號時，對GPS信號接收產生一定影響。未來，隨著科學技術的發展和GPS臺站的建設，GPS接收機會不斷得到改進，觀測數據的質量也會明顯提高，增加區域GPS臺站密度，利用GPS研究地殼運動，探索地球動力學現象在全世界得到迅猛發展，對它的定位精度要求也越來越高，而GPS信號受環境干擾等因素的影響，制約著其定位精度的提高。隨著人們研究的深入，提出了更多的解決辦法，努力將這些干擾對定位精度的影響降至更低。

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Noise character of Ningnan Standard Station in Sichuan GPS Observation Network

Gu Tie, Chen Chong, Liu Jiang

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041, China)

The environmental disturbance is one of factors affecting the accuracy of GPS positioning. Based on the operation condition of Sichuan GPS Observatory Network and the data continuity we process the data of Ningnan Standard Station and find that a sudden step or jump changes are concluded in a fixed time in a series of data. We find that the interference appeared in the observatory data comes from the signal transmitted from the radio station nearby.

error; GPS positioning accuracy; interference; noise characteristic

2015-08-07；

2015-09-22

顧鐵(1980-)，女,陜西省漢中市人，工程師.

P227

A

1001-8115(2015)04-0016-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.004