實(shí)時高頻GPS在地震學(xué)中的應(yīng)用研究*

殷海濤，劉希強(qiáng)，甘衛(wèi)軍

0 引言

GPS技術(shù)作為地學(xué)研究的一個有效途徑，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，在地殼運(yùn)動監(jiān)測和地球動力學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用 (Wang et al，2001;Gan et al，2007;Zhang，Gan，2008)。目前GPS通常利用日均值來分析和研究長周期的地殼形變信息，可為中長期地震預(yù)測提供可靠的依據(jù)，但它不能捕捉內(nèi)地殼瞬時形變信息。

隨著接收機(jī)技術(shù)和存儲能力的提高，我們可以獲取高頻 (1 Hz)和超高頻 (20～50 Hz)GPS觀測數(shù)據(jù)，而單歷元GPS處理技術(shù)的逐漸成熟，也使高頻GPS有能力觀測到周期大于1 s的真實(shí)地表位移。目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)利用高頻GPS觀測網(wǎng)成功的獲取了幾次大地震所引起的瞬時地表運(yùn)動狀態(tài)，如2003年加州San Simeon 6.5級地震 (Ji et al，2004)，2004年 Sumatra-Andaman 9.3級巨震 (Ohta et al，2006)，2008年汶川8.0級地震(Yin et al，2010)和 2011年日本 9.0級地震(Grapenthin，F(xiàn)reymueller，2011)等，這為我們更好地理解地震破裂過程以及地震波在地表的傳播方式開辟了新的途徑。

通訊技術(shù)的飛速發(fā)展使高頻GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸成為了可能，可獲取實(shí)時地表位移狀態(tài)，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)手段的不足。當(dāng)前實(shí)時高頻GPS技術(shù)成為國際研究的新熱點(diǎn) (Allen，Ziv，2011)。本文介紹了實(shí)時高頻GPS技術(shù)及其數(shù)據(jù)處理方法，并與傳統(tǒng)地震 (強(qiáng)震)儀進(jìn)行了對比分析，論述其如何應(yīng)用于地震預(yù)警等實(shí)時地震學(xué)領(lǐng)域。

1 實(shí)時高頻GPS及處理方法

GPS全面建成至今只有不到20年的時間，但卻廣泛地應(yīng)用于導(dǎo)航、大地測量、攝影測量、地震學(xué)等多個領(lǐng)域。隨著技術(shù)和方法的不斷發(fā)展，其定位精度和采樣頻率有了明顯提高，目前GPS定位精度可達(dá)亞毫米級，相對定位精度可達(dá)10－9。而數(shù)據(jù)采樣率從30 s提升到了0.02～1 s，甚至0.01 s，極大拓展了觀測的時間尺度。實(shí)時高頻GPS技術(shù) (簡稱RH GPS)是目前GPS發(fā)展的最新階段，主要是通過接收機(jī)和4顆以上的衛(wèi)星來實(shí)時獲取高頻數(shù)據(jù) (采樣率高于1 s)，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)和處理中心實(shí)時解算出地面點(diǎn)亞厘米級的位移。其數(shù)據(jù)處理方法主要有差分模式和非差模式兩種，差分模式必須要選擇一個參考站點(diǎn)，然后對其他站點(diǎn)進(jìn)行相對定位，非差模式主要依賴于高精度的衛(wèi)星軌道信息。兩種方法在后處理情況下精度相當(dāng)，但在高精度的實(shí)時應(yīng)用中，非差模式由于無法及時獲取可靠的軌道信息而受限。

目前國際上的GAMIT/GLOBK、RTD和GIPSY軟件均可做實(shí)時高頻GPS數(shù)據(jù)處理，前兩種軟件為差分模式定位，GIPSY為非差模式定位。本文主要詳細(xì)闡述GAMIT/GLOBK的實(shí)時處理方法，該軟件中的TrackRT模塊是由麻省理工學(xué)院的Thom-as Herring教授于2010年開發(fā)出來的，主要用來進(jìn)行實(shí)時GPS數(shù)據(jù)處理。該模塊可直接得出站點(diǎn)三維位移時間序列和對流層延遲，其水平位移精度優(yōu)于1 cm，垂直方向精度優(yōu)于2 cm。目前該軟件已應(yīng)用于UNAVCO，USGS，PBO等GPS觀測網(wǎng)的實(shí)時解算和發(fā)布。雖然實(shí)時高頻GPS數(shù)據(jù)的解算方法與高頻GPS類似，但在其軟件安裝、數(shù)據(jù)獲取、衛(wèi)星軌道的選擇等方面有很大差異。

1.1 實(shí)時數(shù)據(jù)獲取

在安裝、運(yùn)行TrackRT模塊前，必須要安裝BKG NTRIP Client(BNC)和QT軟件的libraries和include文件。BNC軟件主要是利用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和客戶端來傳輸RTCM數(shù)據(jù)，可通過互聯(lián)網(wǎng)端口為trackRT模塊提供GPS原始數(shù)據(jù)。BNC軟件除了可以實(shí)時傳輸GPS原始數(shù)據(jù)外，還具有將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RINEX格式數(shù)據(jù)、存儲星歷文件、發(fā)布數(shù)據(jù)、精密單點(diǎn)定位等功能，可通過 http://igs.bkg.bund.de/ntrip/download下載。

1.2 衛(wèi)星星歷文件

實(shí)時GPS數(shù)據(jù)處理時所需的衛(wèi)星軌道文件也必須滿足實(shí)時的要求。目前國際GPS服務(wù)機(jī)構(gòu)(IGS)提供了3種衛(wèi)星星歷:最終星歷 (IGF)、快速星歷 (IGR)和預(yù)報星歷 (IGU)。對于IGS最終星歷來說，精度雖然很高，但時間延遲12～18 d，這限制了實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時用戶的使用。IGS提供的快速精密星歷 (時間延遲17～41 h)，也不能滿足實(shí)時的要求。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時應(yīng)用，IGS機(jī)構(gòu)于2000年3月5日 (GPS周1 052周)提供了超快星歷。超快星歷和超快衛(wèi)星鐘差的更新率為6 h，在每天 UTC(CoordinateUniversalTime)3:00、9:00、15:00和21:00各發(fā)布一次。超快星歷的歷元間隔為15 min，共包括48 h的軌道信息，前24 h是基于跟蹤站的觀測值計算得到，后24 h是外推預(yù)報得到的。實(shí)時GPS數(shù)據(jù)處理只能利用后24 h外推結(jié)果來進(jìn)行計算。除了IGS發(fā)布的精密星歷外，觀測數(shù)據(jù)本身也可實(shí)時獲取導(dǎo)航星歷，但其精度較低，不建議使用。表1對現(xiàn)有GPS衛(wèi)星星歷文件進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)只有預(yù)報星歷中外推的24 h結(jié)果在精度和時間延遲上滿足實(shí)時高頻GPS數(shù)據(jù)處理的要求。

1.3 實(shí)時處理方法

實(shí)時處理GPS數(shù)據(jù)時，TrackRT模塊中的部分命令與Track模塊相同，需要在命令文件中設(shè)置一個參考站，然后進(jìn)行差分處理，但由于實(shí)時數(shù)據(jù)流中并不包括站點(diǎn)的位置坐標(biāo)，所以必須要預(yù)先給定站點(diǎn)坐標(biāo)值。在命令文件中還需利用SITE_STATS和ATM_STATS命令對站點(diǎn)的坐標(biāo)噪聲和大氣延遲進(jìn)行先驗約束，確保其解算精度。參考站的選擇方法可參考殷海濤等 (2012)，為了使參考站“固定不動”，通常將參考站的這兩組值設(shè)置為0。在命令文件中還需設(shè)定站點(diǎn)的天線和接收機(jī)型號，以及更新數(shù)據(jù)碼偏心文件 (DCB)，這樣不僅可以提高解算精度，還可減少計算量，提高計算效率。

表1 GPS星歷文件對比Tab.1 Comparison of GPS satellite ephemeris files

實(shí)時GPS數(shù)據(jù)處理的核心問題也是模糊度的快速解算，TrackRT模塊使用Melbourne-Wubbena寬相 (MW－WL)，甚寬相 (EX－WL)和消電離層浮點(diǎn)估計 (LC)來計算整周模糊度。設(shè)L1和L2的模糊度整周數(shù)為N1，N2，則:

(1)MW－WL是基于相位和距離數(shù)據(jù)來估計N1－N2;

(2)EX－WL=N1－ (f1/f2)*N2是L1的整周數(shù)，但L2的周數(shù)變?yōu)榱?.283*N2;

(3)LC=2.546*N1－1.984*N2。

EX－WL不受幾何距離變化的影響，但是依賴于電離層延遲。對于短基線來說，EX－WL應(yīng)該接近于0才符合N1和N2的選擇。當(dāng)N1和N2正確的時，LC殘差也應(yīng)該接近于0。

在定位精度方面，目前實(shí)時高頻GPS的定位精度在亞厘米級，這表示它可以為大地震的震級估計提供約束。在解算時間方面，實(shí)時高頻GPS的數(shù)據(jù)處理在理論上可達(dá)到實(shí)時解算，但在實(shí)際操作過程中，其數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理受到通訊設(shè)備、處理機(jī)配置等硬件因素的影響，時間延遲約為2～5 s，可為地震預(yù)警等實(shí)時地震學(xué)應(yīng)用提供幫助。

2 與地震 (強(qiáng)震)儀的比較

震時地表位移是估計地震破裂過程和地震震級的一項重要參量，傳統(tǒng)的方法是對地震儀或強(qiáng)震儀所測速度 (加速度)進(jìn)行積分得到 (殷海濤等，2009)。雖然地震儀 (強(qiáng)震儀)和高頻GPS都可以獲得震時的地表位移信息，但兩種技術(shù)在觀測方法上有著本質(zhì)的區(qū)別:慣性地震儀的初始狀態(tài)是平靜的 (不工作的)，當(dāng)?shù)孛嬲饎訒r則產(chǎn)生測量值，震動結(jié)束后恢復(fù)平靜。數(shù)字地震儀提供的是一系列速度或加速度觀測值，其值是在一個慣性框架下產(chǎn)生的，然后再經(jīng)過積分 (二次積分)得到站點(diǎn)位移。相對而言，GPS記錄的是由GPS衛(wèi)星來確定的GPS天線的位置，其位置時間序列是在地球參考框架下計算出來的。表2列舉了兩種技術(shù)在性能上的差異 (殷海濤等，2012)。

表2 高頻GPS與地震儀 (強(qiáng)震儀)性能對比Tab.2 Performance comparison of high rate GPS and seismometer(strong motion seismography)

通過分析對比高頻GPS與地震 (強(qiáng)震)儀的工作原理及性能，可以發(fā)現(xiàn)高頻GPS技術(shù)可以為傳統(tǒng)地震學(xué)技術(shù)進(jìn)行有效補(bǔ)充:

(1)位移時間序列是GPS的直接觀測量，但是對于地震 (強(qiáng)震)儀來說，其觀測量為速度(加速度)，所以必須要對其進(jìn)行積分處理才能得到位移，而積分處理經(jīng)常伴隨著傳感器旋轉(zhuǎn)、傾斜、滯后造成的漂移和積分過程中出現(xiàn)的不確定性，很容易產(chǎn)生放大噪聲和扭曲真實(shí)信號的情況(Boore et al，2002);

(2)當(dāng)大地震發(fā)生時，地震儀能夠產(chǎn)生振幅飽和現(xiàn)象，為了不記錄到滿幅的速度和加速度，采取限幅的方法，而GPS在振幅方面不會產(chǎn)生飽和，它沒有儀器響應(yīng)來限制接收機(jī)的觀測能力，相對而言，位移越大其定位相對精度會越高，所以GPS技術(shù)更適用于大震造成的地表形變;

(3)地震儀只有在地面震動后才能產(chǎn)生觀測值，但很多地震事件如:斷層滑移，巖石粘性變化，流性變化和震后形變等，雖然產(chǎn)生了地殼形變，但是并未產(chǎn)生地震波。在火山活動和非構(gòu)造性變形過程等，由于形變的時間尺度較大而未必產(chǎn)生地震波。利用高頻GPS監(jiān)測這些事件，可以較好地獲得低頻形變信息，進(jìn)而了解慢形變過程與機(jī)理;

(4)目前的地震 (強(qiáng)震)儀在大震中很難提取出長周期位移。而Allen和Ziv(2011)，Bock等(2011)認(rèn)為:實(shí)時GPS定位得到的最穩(wěn)定的信息就是水平位移，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)地震技術(shù)的不足，為大地震的震級估計和地震破裂過程研究提供非常重要的信息。

雖然高頻GPS在地震學(xué)應(yīng)用上具有很多的優(yōu)勢，在大地震發(fā)生時可以記錄到明顯的位移等，但它也存在一些限制因素:(1)相對于地震儀而言，高頻GPS的噪聲基底較大，Ji等 (2004)分析認(rèn)為，1～Hz GPS數(shù)據(jù)計算的EW向，NS向和垂直方向位置標(biāo)準(zhǔn)差可達(dá)到3 mm，7 mm和11 mm。Langbein和 Bock(2004)，Bock等 (2011)研究認(rèn)為1 Hz GPS觀測數(shù)據(jù)可以在99%的置信水平，估計振幅超過6 mm的水平位移，因此目前高頻GPS還不足以記錄小震所造成的微弱地表形變。(2)目前GPS接收機(jī)僅能獲得1 Hz或者超高頻(20～50 Hz)的數(shù)據(jù)，但是對于更高頻 (約200 Hz)的信號，它最終還是要受限于接收機(jī)的頻帶寬度。

因此，結(jié)合GPS和地震儀資料各自發(fā)揮其優(yōu)勢，可起到相互補(bǔ)充的作用，目前GPS觀測技術(shù)與地震學(xué)的觀測譜范圍逐漸合并，逐步發(fā)展成了一門新興的學(xué)科——GPS地震學(xué) (Nikolaidis et al，2001)，將會把傳統(tǒng)地震學(xué)向前推進(jìn)一大步。

3 實(shí)時地震學(xué)應(yīng)用

目前地震預(yù)警系統(tǒng) (Earthquake Early Warning，簡稱EEW)等實(shí)時地震學(xué)應(yīng)用大都只基于地震儀觀測網(wǎng)，利用P波檢測來估計震級，這對快速估計中小地震震級是非常有效的。但目前有可靠的證據(jù)證明 (Yamada et al，2008)，在利用前幾秒的P波信息估計震級時，當(dāng)M＞7地震發(fā)生時，震級估計會出現(xiàn)飽和。也就是傳統(tǒng)的P波檢測方法無法區(qū)分所探測到的地震是6.8級還是7.8級，雖然說這并不影響地震預(yù)警的發(fā)布，但是以2011年3月11日日本的9.0級巨大地震為例，就是因為低估了震級，才導(dǎo)致了對地震和海嘯沒有做出相應(yīng)的防御措施，因此無論從科學(xué)研究還是從實(shí)際應(yīng)用的角度來講，都需要繼續(xù)開展這方面的研究。

3.1 高頻GPS與強(qiáng)震儀的結(jié)合

地震震級可以通過震時位移的振幅反演來進(jìn)行估計，在獲取震時地表位移的方法中，只有有效結(jié)合地震儀和高頻GPS才能得到可靠的高精度強(qiáng)震動地表位移。Bock等 (2011)引入了連續(xù)Kalman濾波 (卡爾曼濾波)和最優(yōu)平滑濾波等方法來合并強(qiáng)震儀與高頻GPS結(jié)果。

卡爾曼濾波器包括兩個主要過程:預(yù)估與校正。預(yù)估過程主要利用時間更新方程建立對當(dāng)前狀態(tài)的先驗估計，及時向前推算當(dāng)前狀態(tài)變量和誤差協(xié)方差估計的值，以便為下一個時間狀態(tài)構(gòu)造先驗估計值;校正過程負(fù)責(zé)反饋，利用測量更新方程在預(yù)估過程的先驗估計值及當(dāng)前測量變量的基礎(chǔ)上建立起對當(dāng)前狀態(tài)改進(jìn)的后驗估計。

我們假定每個站點(diǎn)的坐標(biāo)方向 (N，E，U)都是獨(dú)立的一維運(yùn)動，將每個方向的運(yùn)動作為一階線性差分等式，利用前向卡爾曼濾波來融合GPS和強(qiáng)震儀數(shù)據(jù)并監(jiān)測狀態(tài)變量。在每個時間步長中，每個坐標(biāo)方向的位移和速度可表示為

時間更新 (先驗估計)為

測量值更新 (后驗估計)為

其中，X為狀態(tài)變量，k為時間歷元，P－為先驗估計誤差協(xié)方差矩陣，P為后驗估計誤差協(xié)方差矩陣;A、B和H為狀態(tài)變換矩陣，是狀態(tài)變換過程中的調(diào)整系統(tǒng)，數(shù)值是從建立的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中導(dǎo)出來的;Q為過程激勵噪聲協(xié)方差矩陣，R為觀測噪聲協(xié)方差矩陣;觀測變量Z表示GPS位移，U為系統(tǒng)控制輸入，表示強(qiáng)震儀數(shù)據(jù)。

強(qiáng)震儀時間序列提供了系統(tǒng)輸入，其采樣率通常為80～250 Hz;而GPS位移控制測量過程，其采樣率通常為1～5 Hz。這樣式(3)在每一個時間步長內(nèi)進(jìn)行時間和測量值更新，如果強(qiáng)震儀采樣率是GPS采樣率的整數(shù)倍，則可以簡化公式。如果采樣頻率自始至終保持不變，其噪聲特性也不改變，則式(3)中的各項參數(shù)A，B，Q和R均保持不變。此方法的特點(diǎn)是矩陣的維數(shù)較少，可以使數(shù)值計算更加簡潔。此外，卡爾曼濾波只需要當(dāng)前的數(shù)據(jù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時應(yīng)用。

應(yīng)用前向卡爾曼濾波可以解決預(yù)測問題，但如果已經(jīng)存在了一部分?jǐn)?shù)據(jù)，在計算中會用到所有存在的和未來的數(shù)據(jù)，在任意點(diǎn)的估計值可以進(jìn)行優(yōu)化。雖然平滑濾波通常應(yīng)用于非實(shí)時處理，但可以通過約束平滑的時間間隔來實(shí)現(xiàn)近實(shí)時的處理。固定時間間隔的平滑濾波包括3步:(1)前向卡爾曼濾波;(2)后向卡爾曼濾波，將時間順序轉(zhuǎn)換到整個時間序列中。前兩步提供的分散信息流在第三步中結(jié)合，并計算出最終狀態(tài)值。結(jié)果如圖1所示，通過濾波處理，兩種技術(shù)手段可以進(jìn)行有效結(jié)合，獲取更精確的寬相位移，而且也減少了處理過程中的主觀因素。

3.2 地震矩震級估計

快速的矩張量 (Moment Tensor)估計為地震響應(yīng)、海嘯預(yù)警等提供了有價值的信息。目前所有的方法基本都使用地震儀資料，利用時間域的波形匹配反演方法來實(shí)時估計 (Dreger，2003)，這對中小地震來說非常有效，但對較大地震來說，仍然是研究的熱點(diǎn)。

Kanamori和Rivera(2008)發(fā)展了W相位反演方法，這使大地震CMT(Centroid moment tensor)的計算前進(jìn)了一大步，目前該方法正應(yīng)用于USGS等機(jī)構(gòu)。雖然W相位反演方法非常穩(wěn)定，但也需要長周期位移資料，而目前的地震 (強(qiáng)震)儀很難在大震中提取出長周期位移，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。Diego等 (2012)提出了一種利用實(shí)時高頻GPS反演地震矩張量的方法fastCMT，該反演方法主要利用地表的同震位移來反演深部的震源參數(shù)，主要由以下4部分組成:

(1)在指定區(qū)域構(gòu)建反演節(jié)點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)格網(wǎng)的構(gòu)建方法有兩種:一是需要預(yù)先設(shè)定斷層面模型，這就要求對該地區(qū)的地質(zhì)條件有很深入的了解;二是不需要已知斷層模型，直接根據(jù)格網(wǎng)搜索法來進(jìn)行估計，這對斷層復(fù)雜的地區(qū)非常有幫助，但是必須要有足夠密度的GPS觀測網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn);

圖1 卡爾曼濾波前后位移時間序列①汶川地震對XYAN站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù).(a)南北向分量;(b)東西向分量;(c)高程分量Fig.1 Displacement time series before and after Kalman filter(a)NS-component;(b)EW-component;(c)evaluation component

(2)根據(jù)地殼速度模型計算格林函數(shù)，所用程序為 EDGRN/EDCMP。從Hankel變換得到的部分差分運(yùn)動等式的結(jié)果開始，然后應(yīng)用Thomson－Haskell傳播矩陣將地面和深部的變形進(jìn)行關(guān)聯(lián)，其簡化公式為

結(jié)合公式 (4)和 (5)，則得到

(3)高頻GPS數(shù)據(jù)的獲取及處理，首先利用移動平均法對獲取的高頻GPS時間序列進(jìn)行濾波處理，得到永久位移，然后再對其結(jié)果進(jìn)行加權(quán)處理。在反演過程中，就使用了兩個權(quán)重，一是觀測噪聲權(quán)重，用來提高觀測值的可靠性。二是震中距權(quán)重，為了避免近場最大同震形變主導(dǎo)整個反演過程。其觀測噪聲加權(quán)公式為

位移分量震前60 s的觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。由于實(shí)時GPS位移噪聲在幾分鐘尺度內(nèi)基本保持穩(wěn)定，而且Bock等 (2011)利用震動臺試驗表明震動前和震動過程中的噪聲水平并沒有明顯的改變，所以我們可以設(shè)定觀測噪聲和權(quán)重矩陣在整個反演過程中保持不變。

為了避免地面運(yùn)動衰減產(chǎn)生的影響，我們利用站點(diǎn)震中距作為另一個權(quán)重。Dreger(2003)給出

(4)地震矩震級估計，在實(shí)時應(yīng)用過程中，每獲取一個歷元的觀測值就反演一次，產(chǎn)生新的MT值

然后，可以利用 Hanks和 Kanamori(1979)提出來的關(guān)系式計算矩震級

其中，M0單位為dyn·cm。

通過上述計算可以實(shí)時估計出地震矩震級，并可通過格網(wǎng)搜索法估計地震矩心的位置，利用方差減少法計算反演差值，將方差減少值VR最大的節(jié)點(diǎn)視為矩心，公式為

式中，d為GPS站點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的距離。

fastCMT方法的特點(diǎn)是可以在沒有任何斷層模型的情況下實(shí)時估計大震矩震級和矩心位置，但是前提條件是近震區(qū)裝備有足夠密度的高頻GPS站點(diǎn)。Diego等 (2012)通過2003年日本Tokachioki MW8.3地震和2010年EI Mayor-Cucapah MW7.2地震的實(shí)際數(shù)據(jù)分析認(rèn)為:在地震發(fā)生2～3 min，該方法便可計算出精確的地震矩震級，可為地震快速響應(yīng)和海嘯預(yù)警等提供有力支持。

4 討論與結(jié)論

實(shí)時高頻GPS是目前GPS技術(shù)發(fā)展的最新階段，大大拓展了其觀測信息頻域和應(yīng)用范圍，也將使現(xiàn)有的GPS觀測網(wǎng)發(fā)揮更大的作用。但由于其研究剛剛起步，在數(shù)據(jù)處理和地震應(yīng)用過程中仍存在很多問題亟待解決:

(1)模糊度的快速解算仍然是實(shí)時GPS數(shù)據(jù)處理的核心問題，也是一直以來國際研究的熱點(diǎn)問題。除此以外，接收機(jī)進(jìn)行觀測時易受外部環(huán)境因素干擾，產(chǎn)生突跳或衛(wèi)星失鎖的情況，如何消除突跳和快速收斂也是需要解決的技術(shù)難點(diǎn);

(2)對于差分模式定位來講，如何選擇參考站是主要問題，而非差模式的問題在于如何獲取高精度的衛(wèi)星軌道信息。對于地震預(yù)警系統(tǒng)來說，兩者各有利弊，差分模式可應(yīng)用于區(qū)域預(yù)警，而非差模式更適用于現(xiàn)地預(yù)警;

(3)如何消除實(shí)時GPS觀測中的噪聲影響，得到更可靠的位移信息，是目前所要面臨的主要問題;

(4)如何更好的結(jié)合地 (強(qiáng))震儀與高頻GPS資料，獲取穩(wěn)定性高敏感性高的震時地表位移是下一步應(yīng)用研究的重點(diǎn);

(5)在獲取地表位移后，如何快速提取地表永久位移是估計地震震級的關(guān)鍵因素，也是以后研究的主要問題。

在地震學(xué)應(yīng)用中，與傳統(tǒng)地震 (強(qiáng)震)儀相比，RH GPS可直接測量震時地表位移，增強(qiáng)震級估計 (特別是大地震)的可靠性，避免了傳感器出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)、傾斜、滯后造成的漂移和積分過程中出現(xiàn)的不確定因素。而且它可以不受振幅限制，有效的彌補(bǔ)了地震 (強(qiáng)震)儀的不足，但由于其定位精度要低于地震 (強(qiáng)震)儀，對微小地震不敏感，所以結(jié)合兩種手段才能達(dá)到最佳的監(jiān)測效果。

利用實(shí)時高頻GPS技術(shù)能快速獲取震時地表位移，可以計算出精確的地震矩震級可以為地震破裂過程研究、地震預(yù)警、海嘯預(yù)警等地震研究和應(yīng)用提供一項新的手段，因此在我國及時開展此領(lǐng)域的研究工作是十分必要和迫切的。

殷海濤，甘衛(wèi)軍，肖根如，等.2009.利用高頻GPS技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)震地面運(yùn)動監(jiān)測的研究進(jìn)展［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，24(6):2 012－2 019.doi:10.3969/j.issn.1004－2903.2009.06.011.

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