GPS動態精密單點定位技術及其在地震監測中的應用研究

摘 要： 介紹了高采樣率GPS動態精密單點定位技術，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觀測數據進行了PPP處理，并與強震儀積分得到的坐標序列進行了對比，得出了一些有益的結論

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

1、引言

近年來，隨著高采樣率GPS動態定位技術研究的發展，利用高采樣率GPS接收機進行地震監測和地震預報研究日益成為國內外研究的熱點。大量研究表明，高采樣GPS動態定位技術能夠直接獲取震時地表位移和地震波信息，可作為地震儀監測技術的有力補充。理論上，GPS地震監測可以采用相對定位技術也可以采用精密單點定位（Precise Point Positioning，PPP）技術。相對定位技術需要提前選擇遠離震區的參考站，并且要將參考站數據與流動站數據合并一起處理，實施起來存在一定難度；而PPP技術不需選擇參考站，各接收機自主定位，非常適合地震監測。近年來，PPP技術已日趨成熟，使用高精度的IGS精密星歷和高采樣率的衛星鐘差改正，PPP定位精度已可高達到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數據進行了PPP動態數據處理，將測站的PPP坐標序列與其附近的地震儀積分得到的坐標序列進行了對比分析，得到了一些有益的結論和建議。

2、RTKLIB軟件簡介

RTKLIB是日本東京海洋大學的Tomoji Takasu教授研發的一套開源GNSS數據處理軟件包。該軟件既支持動態相對定位也支持精密單點定位，功能強大，易學易用，其主要程序包括RTKPOS、RTKPLOT、RTKNAVI等，用戶界面如下圖1所示。

3 動態PPP數據處理

RTKPOST是RTKLIB的核心程序，其動態PPP數據處理流程為：①讀取GNSS觀測數據和精密星歷及精密衛星鐘差改正文件；②進行數據預處理，包括粗差探測與剔除、系統誤差修正；③構建系統方程、采用擴展卡爾曼濾波算法進行PPP參數估計，可解參數包括接收機位置/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坐標序列。

4、動態PPP地震監測

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

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

參考文獻

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