GNSS基準站連續觀測資料應用研究

夏小波

摘要：GNSS觀測資料應用的基本思路是通過軟件進行數據處理，處理的結果有無約束平差產出的基線和約束平差產出的點位移兩種，數據過程中雖然進行了各種模型的改正，但解算結果中仍然存在誤差，因此對基線進行滑動均值等方法處理，處理后的結果可用于斷層的活動性分析，點位移則用于分析云南省內主要塊體的相對運動狀態。

關鍵詞：GNSS基準站;連續觀測資料應用

隨著空間技術和通信技術的發展，全球導航衛星系統（ GNSS） 相關技術已經逐漸成為導航、定位領域的主要手段，而且占據了廣闊的市場。而網絡技術的出現，又為GNSS 技術的應用拓展了一個高精度、高效率、高可靠性的應用空間。在GNSS技術和網絡信息技術不斷完善的基礎上，我國GNSS 連續運行基準站網建設已全面展開。

1 相關現狀

連續運行基準站網可以維持相應區域的高精度、三維、地心、動態坐標框架，提供集約化的定位和導航服務，可廣泛服務于國家大地基準、氣象、地球動力學、地學災害監測，以及位置服務等領域。但由于地區和行業差異，各部門在建設GNSS 連續運行基準站網時技術要求不盡相同，相互之間也不能實現數據共享，有些地區存在重復建設、資源浪費的現象。因此需要制定相關技術規范，明確規定基準站選址、基建、設備配置、數據管理系統、數據處理系統、產品服務系統等諸多環節的技術要求，并在數據采集方式、數據存儲格式、信號編碼和傳輸格式等大的方面提出統一格式，使基準站網的建設、管理和運行規范化、制度化，改變過去多樣化、無統一標準的建設，使各系統在全國范圍整體應用上充分發揮其作用，實現節約資源、信息共享，并為大地測量基礎設施建設、國家框架基準的維護奠定基礎。在基準站的建設上應采取如下措施：基準站地基堅實穩定，視野應寬闊，遠離大功率無線點發射源等不利因素。同時應在選定的站址上架站測試數據，采集24h的觀測數據進行必要的數據質量分析，從而更清楚地了解擬建站址周邊的環境是否存在對參考站的干擾，有否引起多路徑效應的反射物以及電離層，對流層的影響情況，從而確保參考站系統建設的質量。

2 GNSS基準站連續觀測資料應用研究

2.1 處理軟件。目前，國際上廣泛使用三大高精度GPS數據處理軟件，由于軟件采用的是開源代碼形式，因此得到了更為廣泛的運用，也使用此軟件進行數據處理。地球參考框架是天文學和地學界研究的基本問題之一，隨著科學技術的發展，人們對地球參考框架的建立與維持提出了越來越高的要求。國際地球自轉服務發布的國際地球參考框架序列是國際上公認的精度最高，穩定性最好的參考框架。在數據解算過程中，可以通過選擇各種不同的模型對處理過程進行干預，模型的選擇對解算結果的精度有一定的影響，為了滿足分析數據處理需求，筆者采用了衛星軌道的松弛模式進行數據處理，有利于最大限度地利用區域觀測數據精化衛星軌道，同時也保證了數據處理結果的一致性;并引人了固體潮模型和海潮模型對觀測值進行改正;此外，由于數據的觀測誤差主要來源于信號的多路徑效應和大氣對流層的折射，這些誤差與衛星的截止高度角密切相關，因此筆者采用了依據衛星截止高度角ELEV定權的方法，以減少誤差;數據處理時還引入了極移、歲差、章動等物理效應數據，用模型進行改正。如果基準站延遲時間過長，則該基準站的數據將不參與整網解算，會影響差分信息的質量。當全球坐標框架發生變化、更新時，或由于地殼運動、地面沉降等自然或人為因素造成基準站顯著位移時。基準站接收機采樣率越高，生成的虛擬觀測值與原始觀測值的一致性越好，且所有觀測衛星均體現這一規律。分析其原因大概有兩點：一方面，接收機鐘差隨著時間變化較為迅速并且沒有規律，采樣率越小影響越大;另一方面，采樣率越高，對流層延遲、電離層延遲等誤差項差異越小，保證了觀測值的一致性。采樣率越高出現跳動的次數越少，且幅值明顯更小，任選一顆衛星做星際單差后發現跳動未再出現，故推測是接收機鐘差的影響。

2.2 觀測值生成。基準站虛擬觀測值的生成，就是選取非采樣點最近鄰的前后兩個觀測歷元的觀測數據，計算其殘差，并擬合得到非采樣點的殘差，最終獲取虛擬觀測值。接收機通常使用石英鐘，它的鐘差略大，不夠穩定，沒有明顯的變化規律。基于接收機鐘的這種特性，將其鐘差作為未知參數估計，利用精度能夠達到對流層濕延遲難以使用固定的模型加以修正，也將它作為待求解參數，利用對流層天頂濕延遲的精度可以達到厘米甚至毫米級別。利用消電離層組合對非采樣點前后兩個觀測歷元的基準站參數加以估計，而基準站坐標精確已知，待估參數僅包括接收機鐘差、對流層天頂濕延遲和消電離層模糊度。對流層天頂干延遲、衛星鐘鐘差等可通過剩余的不能或微小誤差歸入到殘差中。利用測站真實坐標便可真實衛地距，再與觀測值和上述誤差項一并求取兩個同步歷元的殘差。由于電離層延遲隨著時間變化較為緩慢，因此，通過一階多項式函數擬合獲取非采樣點殘差中的該項誤差;再通過相關獲得非采樣點衛星鐘鐘差、對流層延遲、衛地距;進一步獲取非采樣點的虛擬觀測值。由于接收機鐘差變化快、規律性差且在差分時完全可以消掉，故在非采樣點處不再考慮。

2.3 點位移的應用。點位移在直觀性和可靠性方面更具優越性，因為點位移的變化反映的是單點的信息，而基線反映兩個點間的相對位置，與兩個點相對運動相關，且點位移是通過多條觀測基線平差得到，存在多余觀測值，可靠性好。但它也有局限性，因為點位移的求解存在框架的選擇問題，點位的速度場會因所選取的參考基準的不同而呈現不同的圖像，但其所包含的相對運動信息不變，為了選擇一個好的參考框架，能夠真實反映內部各個塊體問的相對變化情況，在試算分析之后，我們選擇了點作為參考，因為該點相對穩定，求出其他點位為參考的相對位移。在點位移的求取過程中采用了4天數據進行聯合平差，點位坐標的精度得到了大幅提高，確保了點間相對運動的可靠性。各個點位由于數據時間長短不同，運動量的差異也比較大，但點位運動方向從最初的東向，這些現象都表明菱形塊體的南向運動受到了阻擋，地震之前塊體間相對運動出現了背離長期運動背景的現象。

GNSS基準站站點的建成，地震預測預報工作增加了一個高精度、高可靠性、全天候服務的監測手段，從基線數據、點位移數據的分析中可以看出，在地震發生前，GNSS站點所反映的地殼運動信息中包含的一些現象值得我們關注，如何對這些信息進行深加工、處理是今后我們面對的主要問題，在今后的工作中還有許多方法值得探索，讓GNSS觀測資料在地震預測和預報中的作用得到更為充分的體現。

參考文獻：

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