GPS监测地壳运动数据处理

15；修回：2002―06―27基金项目：国家自然科学基金项目（40074002）资助15肺萍女益品年卷，同济大学乳1宄％现主要M大地测测量数数据处理1GPS网数据处理目前我国沿海地区己布置了不少GPS监测网，对测量数据进行处理是GPS监测地壳运动的重要内容。当前国内外采用的GPS处理软件主要有：GAMIT/GLOBK，SNAPS，GIPSY等。本文使用GAMIT软件对GPS载波相位观测量进行综合处理，后处理采用编程方法对全部GPS相位观测量进行数据处理，加入测站漂移和各期坐标转换参数，以求出针对某一时间历元的坐标和站位置的漂移速度。

表1各测段站点与观测期年份年积日站点为了得到在严格基准下的形变网地心坐标，并确定其在某确定框架基准下的地壳形变，必须将形变网纳入到ITRF框架中，故在处理数据时，引入了在ITRF2000框架下的己知点坐标（SHAO）：以求得地面站坐标，使站坐标框架历元与卫星星历保持一致。每期数据基线处理都以上海站作为起算点，即固定上海站。

使用GAMIT软件时，为获得高质量的基线处理结果，对测段信息控制文件（estbl.）进行以下设置：数据编辑用Regular解出结果；合量，解模糊度；截止高度角设为15*历元间隔30s采用全天候观测，共2880个历元；10一6，9个辐射压为0.01%对于GPS的主要误差来源，通过使用卫星广播星历中的钟差参数来改正卫星钟差模型；用伪距观测值计算出的钟差来改正接收机钟差模型；采用LC观测值消除电离层折射影响，对电离层约束设为0.0mm+106；米用标准大气参数用Saasta-moinen模型改正对流层折射影响，并保证每个测站上每隔2小时加上一个天顶方向上的折射量偏差参数，共13个延迟参数；对于卫星和接收机天线相位中心改正，采用GAMIT软件设定的L1、L2相位中心偏差值，使卫星由质量中心转换到卫星天线相位中心，接收机由台站标石中心至接收机的天线相位中心。

表21998-2002年各测段中误差由快速解对数据进行了编辑，得到了较为干净的数据，再对测段进行单天基线正规解得到结果文件Q文件。GAMIT基线解算结果的好坏，由计算出的中误差M来评判（M<0.4为正常）。本算例中，各测段计算出的M都小于0.4，符合精度要求。1998~2002年测段中各年积日对应的中误差统计间相互联系，5是不严密的为了*GPSf长验精度要准确到到相当的程度http://www.cnki.netbookmark3单天解向量的重复性反映了基线解的内部精度，是检验基线解质量好坏的一个重要指标。以（X/，YjZj）表示j点在i测段（=1，2…，nn为测段数）算得的坐标，则/点坐标分量的重复率为：（x厂=心-从可看出，这5年该基线重复率南北向*大不超过2mm，东西向不超过3mm，长度方向也不超过3mm；由于对流层折射的影响，垂线方向比较大，但也不超过7mm.这完全能满足现今形变监测和地球动力学研究的要求。2台站漂移数学模型GPS观测的数据量非常大，在用GPS的定位结果研究全球板块运动或区域性地壳形变时，“一般做法是比较各期GPS独立解的基线结果，从而得到站间的相对变化。该做法明显忽略了各期计算结果之期观测的综合结果，包括针对某一历元的一套站坐标、漂移速度及其精度，本文采用了编程计算，将GAMIT软件的结果H文件作为输入量，对长期观测的GPS网进行处理，求解全球板块运动或区域性地壳运动信息，其平差模型为：对于第i测段的观测，可列出以下误差方程：将观测方程改写为法方程形式：其中，法方程系数Ni为协方差阵Qi的逆阵Qi为第i测段的坐标及其它参数的协因数阵，Xi为改正数。Qi、Xi均可从H文件中读取，按（3）式可求得常数项Ci.用Pi表示该测段采用的未知参数近似值，可从H文件中读取。由于每次采用的未知量近似值并不统一，若要总体平差，必须采用一致的近似值P但每次观测值平差所采用的近似值比较接近，所以误差方程系数可不作改变，而法方程常数项由Ci改变为Ci一Ni），变化后的法方程仍以（3）式表示。由于地壳运动时每个测站点的坐标是变化的，定义站坐标在时刻T（）时的值为P+S：，则第i测段观测（时刻）坐标为户+饫+叫》（线性运动模型，其中叫=Ti一T0，为测站漂移速度，其初值取为零）加入测站漂移速度Z后，第i段的误差方程写成矩阵形式为：将（4）式组成的法方程以及GPS形变网各测段进行叠加，得到形变网的*终法方程为：其中：参数c是针对某一时刻的站坐标及各测段平差的非坐标参数的改正数，c是测站运动速度参数。由于总的法方程是由各个单天解叠加而形成，而各单天解之间的权重可认为相等，即先验权等价，所以认为总的法方程的权阵为单位权。值得注意的是，（5）的法方程是秩亏的，若要求解，必须给该方程加上下列条件之一或组合：将某些点的坐标和速度固定为某选定值；给参数一定的先验精度，其中某些点的先改正数的平方和为*小；根据地质情况确定的限制条件。本算例中，固定了上海站的坐标，即该站漂移量和漂移速度都为零。3算例分析从IGS站上得到各测段的相位观测量，用GAMIT软件进行基线处理，得到结果文件H文件，按（1）式计算基线重复率来评定基线解算的质量好坏。从列出的上海一武汉基线重复率，也印证了GAMIT软件的基线解算精度很高。以H文件作为输入数据，由（6）式计算得到所有测段的综合解并计算得到相对于上海站（SHAO）的各点的台站漂移量（1998到2002年）和台站漂移速度（每年）。但由此求得的台站漂移量与台站漂移速度都是在大地经掉度、向径的方向上，为了更好地描述测站的运动和变化，需将其进行坐标转换，使之表现为北向、东向、垂向（N，E，U）方向。转换步骤为：先将其转换为大地直角坐标（X，Y，Z）再将大地直角坐标转换为站心地平坐标（N，E，U一其中，B、L为站心i的大地经掉度，本算例中，站心为上海站（SHAO）。按（8）式计算可得到在ITRF2000坐标框架下X、Y、Z方向的漂移速度，与IGS提供的ITRF2000下X、Y、Z方向的己知速度相比，比较结果见表3.表3Y、Z方向速度计算值与已知值之比较站占X方向（cm/a）Y方向（cm/a）Z方向（cm/a）站点计算值己知值计算值己知值计算值己知值一由于解算时固定了上海站，所以解算得到的台站漂移速度是相对于SHA0站的，为了便于比较，引入上海站（SHAO）在ITRF2000坐标框架下的漂移速度：Vx=*3.07cm/a，Vy=*1.12cm/aVz=*1.34cm/a由各站点分别加上SHAO的漂移速度，即可得到各站点在ITRF2000框架下的各自漂移速度，如表3所示。通过对计算值与己知值的比较，可以看出，除了URUM站的Y方向差值较大外，其余各点的计算结果均较好，漂移速度的大小和方向与IGS站提供的速度基本一致。得出各点在ITRF2000坐标框架下的漂移速度后，再按（9）式将其转换到N、E、U方向，由N方向和E方向的漂移速度求出水平方向的漂移速度（详见）垂线方向（U）的漂移速度，除上海站无明显沉降外，其余各台站都有向上运动、隆起的趋势。有向东漂移的趋势，其中西部的漂移速度较快，东部漂移速度逐步减小，这与上海天文台提供的在ITRF96框架下的GPS台站水平形变速度表中的速度和方向基本上一致；垂直方向有向上运动隆起的趋势，说明中国大陆受到太平洋板块、印度洋板块、菲律宾板块的相互作用。4结论（1）GAMIT精密定轨定位软件，可消除或改正GPS的主要误差：卫星钟差，接收机钟差，电离层折射影响，对流层折射影响，卫星和接收机天线相位中心偏差。为获得高质量的基线处理结果，介绍了GAMIT解算时的参数设置，采用Quick解获得较干净数据，再通过Regular解算，得到基线单天解通过基线重复率的求解，得到平面上不超过3mm，垂直向不超过7mm的精度，说明基线解算的精度能满足形变监测的要求。（2）采用台站漂移计算模型，多测段的单天解结果同时参与综合平差，既考虑了各期计算结果之间的相互联系，又考虑到了各测站间的相互联系。计算出各站点在ITRF2000框架下的漂移速度与IGS提供的速度相比，除了URUM站的Y方向较差外，其余各站的计算结果与己知速度基本相符；将漂移速度转换到N、E、U方向，各站在N、EU方向的漂移速度与上海天文台提供的在ITRF96框架下GPS台站漂移的速度和方向也基本一致。中国地震局地震研究所吕宠吾研究员等访问越南受越南国家自然科学技术中心地球物理研究所所长NguyenNgocThuy教授的邀请，2002年7月21日至8月1日，我所吕宠吾研究员等一行6人访问了越南。在越期间，地球物理研究所所长NguyenNgocThuy教授、副所长LeHuyMinh博士、副所长HaDuyenChau博士和地球动力学实验室主任CaoDinhTrieu博士接待了代表团一行，吕宠吾研究员代表李强所长向越南地球物理研究所所长致以问候，并邀请他在2003年访问我所。代表团还分别就中国地震局地震研究所科学技术的发展、中国地壳运动观测网络、SS*Y伸缩仪的发展、重力与固体潮观测、中国地壳形变观测网络、甚宽频带数字地震计等做了专题报告。之后，他们参观了越南国家自然科学技术中心和距河内80km处HoaBinh水电厂断层观测站，越方对我所在站内安装的SS*Y型伸缩仪的运行状况表示满意。访问期间双方就未来的双边合作进行了详细的探讨。双方认为，2003至2005年期间，中越双边合作的主题为地壳形变监测。为监测越南的地壳形变，越南地球物理研究所将在越南境内继续安装SS*Y伸缩仪，并计划安装水管倾斜仪，同时将与我所联合每年在位于越南境内的红河断裂带附近开展GPS测量。双方还商定互派学者共同开展合作研究。双方还就未来的几年中在越南境内建立GPS永久观测站、重力变化测量站和安装甚宽频带数字地震计等合作项目的可能性进行了探讨。双方主管所长就上述合作内容签署了合作备忘录。中越边境地区是地震多发地区，以往由于缺乏境外数据，我国边境省份的形变等资料解算精度受到限制。开展上述合作内容将有利于我国对周边地区的地壳运动和地震活动的监测，并大幅度提高我国与越南边境地区的地壳运动解算精度。代表团<行还访问了越南科学技术与环境部国际关系司。中国地震局地震研究所科技发展处卓力格图