GNSS地震形变反演及其与对流层电离层关系研究

论文摘要

地震是地球上最为常见,同时又是对人类生命财产安全影响最大的自然灾害之一。虽然无法防止地震等自然灾害的发生,但是人们也在积极地从理论方面和技术方面进行研究,以求探寻其发生机理。现阶段已达到能够监测短期瞬时地表运动状态的水平,主要原因是高频GNSS技术的迅猛发展,且强震仪等容易受到记录限幅或倾斜的影响,而高频GNSS技术并不具备此特点。即使在发生大地震的情况下,对于震源附近的同震位移也能够较好地获取到,因而高频GNSS技术在地震领域的相关研究中得到了广泛应用。地球是一个多圈层组成的巨大的生态系统,各圈层之间必定存在着复杂的能量运输以及物质交换,而电离层和对流层作为近地空间的重要组成部分必定与大气层和岩石圈存在密切的相互作用。而地震作为岩石圈板块相互碰撞剧烈运动的产物,也必然会对大气状态产生影响。本文基于GNSS精密单点定位方法和相对定位方法,以东日本大地震和雅安地震为算例,研究了地震与对流层WZTD和电离层TEC之间的相关性,并得出了一些结论。具体工作如下:(1)介绍了GNSS原始观测方程,以及影响GNSS定位精度的主要误差源和各项误差的改正方法。给出了GNSS单频PPP定位原理以及相对定位原理。(2)对单频PPP动态解算以及GAMIT/GLOBK软件TRACK运动学分析模块动态解算原理,进行了详细研究。分析了高频GNSS坐标时间序列的噪声来源,即共模误差,并研究了有效去除共模误差的PCA空间滤波方法。为了说明滤波效果好坏,对残差时间序列计算了功率谱密度和均方根值。(3)对地震同震位移序列以及对应的对流层WZTD序列计算了相关系数,分析二者之间的相关性大小,以及与观测站空间分布的关系。对电离层TEC数据,利用距离反比加权的方法进行了空间内插,分析了地震发生前后电离层TEC分布变化。实验结果表明:单频PPP具有捕获瞬时形变信号的能力,且具有成本低的优势,今后经过不断改进可用于地震领域研究中;PCA空间滤波方法能够有效地去除共模误差对位移序列的影响;地震与对流层WZTD以及电离层TEC的变化具有一定的相关性。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 研究内容

1.4 本文结构安排

1.5 本章小结

第2章 GNSS数据处理理论

2.1 GNSS观测方程

2.2 GNSS主要误差源

2.2.1 与接收机和测站有关的误差

2.2.2 与卫星有关的误差

2.2.3 与信号传播有关的误差

2.3 单频PPP原理

2.4 相对定位原理

2.4.1 差分动态定位原理

2.4.2 载波相位观测值组合方式

2.5 本章小结

第3章 GNSS地震监测原理

3.1 地震位移序列提取理论

3.1.1 TRACK模块简介

3.1.2 TRACK模块解算原理

3.1.3 TRACK的坐标系统

3.2 GNSS地震位移反演方法

3.2.1 共模误差

3.2.2 PCA空间滤波

3.2.3 位移序列谱分析

3.3 地震与大气相关性分析

3.3.1 地震与对流层相关性

3.3.2 地震与电离层相关性

3.4 本章小结

第4章实验数据分析

4.1 日本地震实例与结果分析

4.1.1 地震数据描述

4.1.2 同震形变计算

4.1.3 对流层与同震形变相关性

4.1.4 电离层与地震的相关性

4.2 雅安地震实例与结果分析

4.2.1 地震数据描述

4.2.2 同震形变计算

4.2.3 对流层与同震形变相关性

4.2.4 电离层与地震的相关性

4.3 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕洁

导师: 彭军还,张凤录,高周正

关键词: 同震位移,空间滤波,电离层,对流层

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,地质学,地球物理学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P228.4;P315.7

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001259

总页数: 79

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