[发明专利]一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法

说明书

本发明提出了一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法。采用PPP对GNSS测站进行逐站处理，获得东向、北向和垂向的位移序列，探测地震波在每个测站的起止时间，将观测时段划分为非震和受震两个时段。利用主成分分析法计算非震时期测站位移序列的空间响应和主成分。结合非震时段内测站的空间响应以及受震时段内测站的主成分，计算受震时段测站位移序列中的同态误差。结合非震时期内测站的空间响应和主成分，计算非震时期内测站位移序列中的同态误差。从测站位移序列中扣除同态误差，采用恒星日滤波消除多路径误差，最终获得东向、北向和垂向高精度的地表位移序列。本发明测站间多路径误差不存在相关性，同时顾及了同态误差非均匀分布特性。

技术领域

本发明属于GNSS数据处理领域，是一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法。

背景技术

大地震引起的地表位移可能是断层界面上摩擦条件以及近地壳和上地幔流变性的敏感探针。GNSS精密单点定位技术(PPP)作为一种新的地表位移获取手段，可辅助地震台网进行地震监测。目前研究主要关注震时数十秒和数分钟的数据处理，利用高频GNSS快速提取同震位移以及地震波波形，以满足地震预警，快速破裂反演，以及快速震源参数确定等对时间响应要求高的应用场景。尽管在观测条件良好的情况下，GNSS可以达到毫米级的短时(数十秒)动态位移提取精度，然而多数情况下的三维动态位移提取精度维持在10cm左右。

大震发生前后，有时伴随着缓慢的地表形变。这些形变，时间跨度在几小时左右(或更短)，有助于我们更好的理解大震应力释放的过程。利用震前地表的慢滑动现象可以为地震震级估计、海啸预测等提供有效的约束条件。同时，主震发生后的数小时内可能存在明显的早期震后余滑现象。主震和余震之间的地表蠕动和震后余滑由于量级小，容易淹没在位移序列的噪声中，从而使我们对某些地球物理现象产生误判。此外，同震位移作为震级估算和断层滑动分布反演的重要观测量，也极易在震后数分钟或数小时内，被余滑、余震等产生的位移所污染。这些应用场景，都要求亚厘米甚至毫米级的地表位移监测精度。

GNSS观测值中的多路径误差和同态误差(CME)，认为是PPP中主要的两项未模型化误差。目前，针对这两项误差的处理方法主要存在以下问题：

现有的GNSS多路径误差处理方法主要针对短基线相对定位的应用场景，采用站间差分的方法可以消除或削弱大部分同态误差的影响，该方法要求基准站不受多路径干扰。此外，该方法获得的是监测站相对于基准站的相对位移，大地震发生时基准站同样也会受地震波影响产生剧烈运动，导致估计的地表同震位移不够准确。

针对同态误差的研究主要基于GNSS观测网长时间天解的时间序列，一般采用空间滤波的方式予以削弱。传统“堆栈”滤波(stacking)的方法，认为同态误差在同一时刻对整个测区所有测站是一致的，可通过对测区内测站位移“堆栈”滤波求得，该方法对于小范围的观测网是适用的，而对较大范围观测网，同态误差具有非均匀特性，因此该方法将不再适用。

主成分分析法(PCA)能够同时提取同态误差，且允许同态误差在空间上具有不一致性，但要求输入数据去均值化和去趋势化，若将受地震波影响的测站位移考虑在内，将影响同态误差的提取精度。

针对以上问题，本发明给出了一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法，有效提高了高频GNSS动态位移监测精度，以期为研究大震孕育、破裂过程提供新发现。

发明内容

本发明提供一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法，能有效提高高频GNSS动态位移监测精度。

本发明提供一种顾及多路径和同态误差的GNSS地震地表位移监测方法，包括以下处理：