绝对定位 相 对 定 位
GPS连续观测之目的 GPS连续观测之目的
1.能够获得完整的连续时间资料点座标,进 1.能够获得完整的连续时间资料点座标,进 而分析时间序列上的相关性. 2.找出连续观测产生的干扰误差类型,进一 2.找出连续观测产生的干扰误差类型,进一 步消除误差干扰,得到更精确的时间资料点. 3.提供许多震前,同震及震后变形资料,让我 3.提供许多震前,同震及震后变形资料, 们更加了解地震的震源特性,地壳的应变累 积与能量释放过程.
GPS连续观测之分析方法及步骤 GPS连续观测之分析方法及步骤
选择杂讯模式 建立模型 模型参数估计与资料分析 模型参数估计与资料分析
杂讯模式的选择
近来研究利用Maximum近来研究利用Maximum-likelihood estimator (MLE) 去计算统计上述三种杂讯出现在时间序列 上的残差振幅之后发现最好的杂讯模式为white 上的残差振幅之后发现最好的杂讯模式为white + flicker noise model ,它会将"机率函数 (probability function)"最大化. function)"最大化. Probability function:
根据作图结果我们可以依斜率κ 根据作图结果我们可以依斜率κ值大小将杂 讯模式分为三大类: 模式分为三大类: κ= 0 white noise κ= -1 flicker noise κ= -2 random walk noise (此波动模式又可称为Brownian motion) 此波动模式又可称为Brownian motion) 通常在长期观测的自然情况下发生的干扰多属 低频干扰,且其κ 低频干扰,且其κ值在 -3 ~ -1之间,根据 之间, κ值的范围我们可以知道杂讯特性. 值的范围我们可以知道杂讯特性.
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GPS连续观测资料分析 GPS连续观测资料分析
指导老师: 指导老师: 余水倍 学生: 学生: 庄舒云 林幸莹
内容提要
1.GPS基本概念: 1.GPS基本概念: 组成系统 定位原理 2.GPS时间序列的杂讯分析 2.GPS时间序列的杂讯分析 为何要分析时间序列上的杂讯? 为何要分析时间序列上的杂讯? 杂讯的种类,来源与特性 3.GPS连续观测资料之分析方法及步骤 3.GPS连续观测资料之分析方法及步骤 选择杂讯模式 建立模型 模型参数估计与资料分析 模型参数估计与资料分析 4.未来目标 4.未来目标
P
H
Z
λ φ X
Y
Y
X
2.将各方向观测资料点对时间序列作图. 2.将各方向观测资料点对时间序列作图.
outliers
测站CHIA 测站CHIA 尚未去除分散点
Position (mm)
Years
3.去除分散点 异常点(outliers) 3.去除分散点/异常点(outliers). 去除分散点/ (outliers). 为了得到正确震后位移,我们必须进行消除误差 为了得到正确震后位移,我们必须进行消除误差 的动作, 的动作,这其中包括去除观测期间同震位移,影 响资料点分析的分散点和更换测站天线所造成 的偏移量等.
南部测站
CHIA PKGM S103 W029 YUSN W030 CHYN CHNL KULN S011 S092 HOKN S106 S012 GAIS S169 TSHO CK01 S23R
澎湖
模拟操作与分析 模拟操作与分析
1.座标转换. 1.座标转换. 首先,我们将921地震之后每天观测的43个测 首先,我们将921地震之后每天观测的43个测 站资料点座标从笛卡儿座标系统XYZ转成以 站资料点座标从笛卡儿座标系统XYZ转成以 S01R(澎湖)为参考主站的NEU座标系统. S01R(澎湖)为参考主站的NEU座标系统.
3.杂讯的特性: 3.杂讯的特性: GPS杂讯的频谱特性,可以用以下的式子来表 GPS杂讯的频谱特性,可以用以下的式子 示: P( f )=P0( f / f0 )κ Power-law process 如果将两边取对数值并作图可以得到: 如果将两边取对数值并作图可以得到: Power spectrum slopeκ
为何我们要分析时间序列上的杂讯? 为何我们要分析时间序列上的杂讯?
了解GPS时间序列上的杂讯特性,以 正确估算各项参数的误差值. 正确估算各项参数的误差值. 不同地点受到的干扰程度不同. 不同地点受到的干扰程度不同. 在热带地区的测站,杂讯会比中纬度地 区来的大.
杂讯的种类, 杂讯的种类,来源与特性
GPS星座空间分布 GPS星座空间分布
各种掌上型 GPS信号接收机 GPS信号接收机
GPS信号接收天线 GPS信号接收天线
GPS基本观念 GPS基本观念
B.定位原理
1.绝对定位:或称单点定位,在地球协议座标系中, 1.绝对定位:或称单点定位,在地球协议座标系中, 绝对定位 直接确定观测站相对座标系原点, 直接确定观测站相对座标系原点, 也就是地球质心的位置. 也就是地球质心的位置. 2.相对定位；於地球协议座标系中, 2.相对定位；於地球协议座标系中,确定观测站 相对定位 与某一地面参考点之间的相对位置. 与某一地面参考点之间的相对位置.
or
κ
模型参数
各测站在各方向上观测到的运动位移可以用下 式表示: 式表示:
以下例子用的模型参数:
(阶梯函数 阶梯函数) H : Heaviside function (阶梯函数)
北部测站
BANC FCWS FIVE HNSN HSIN HUAL ILAN NSHE PEPU PLAN SANI SUAO THAI YMSM S101
Epochs of two major aftershocks
Footwall
未来工作
以较完整的模式分区(南北两区)分析921地震 以较完整的模式分区(南北两区)分析921地震 前后多年资料,以了解震前变形,同震位移, 前后多年资料,以了解震前变形,同震位移, 震后变形及地震前后地壳运动速度的变化. 未来展望-藉由长时间更高精度的GPS连续观 未来展望-藉由长时间更高精度的GPS连续观 测资料分析,侦测可能的地震前兆, 测资料分析,侦测可能的地震前兆,探讨地 震预测的可行性. 震预测的可行性.
Coseismic offset
aftershock
aftershock
残差值越小越集中表示资料点可信度越高
4.去除同震位移(coseismic offset) 得到 smooth的曲线 得到震后位移(postseismic displacement)
Epochs of two major aftershocks Hanging wall
1.通常可分为自然杂讯和人为杂讯. 1.通常可分为自然杂讯和人为杂讯. 2.自然杂讯来源: 2.自然杂讯来源: 测站的地质特性, 测站的地质特性,随季节性雨量多寡或 地下水位改变和大气干扰等所造成的座标变 化. 人为杂讯来源: 人为杂讯来源: 测站天线架不稳定,更换天线造成的系 统误差,或是卫星轨道,大气折射,天线中 心漂移以及参考座标系等无法以模型完全去 除的影响.
Hale Waihona Puke GPS基本观念A.组成系统
1.现有24+ 颗卫星. 1.现有24+3颗卫星. 现有24 2.有六个运行轨道 每一轨道上有4颗卫星在运转； 有六个运行轨道, 2.有六个运行轨道,每一轨道上有4颗卫星在运转； 轨道的平均高度为20,200km 运行周期则为11小时58 20,200km, 11小时58分 轨道的平均高度为20,200km,运行周期则为11小时58分. 3.地球上任何角落至少可同时接收到 颗卫星, 地球上任何角落至少可同时接收到4 3.地球上任何角落至少可同时接收到4颗卫星, 最多可达11颗,平均为5～6颗. 最多可达11颗 平均为5 11 4.时间系统 UTC国际标准时间 时间系统: 国际标准时间. 4.时间系统:UTC国际标准时间.