四川GPS觀測網(wǎng)絡寧南基準站噪聲特征分析

顧 鐵，陳 聰，劉 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

四川GPS觀測網(wǎng)絡寧南基準站噪聲特征分析

顧 鐵，陳 聰，劉 江

(四川省地震局，四川 成都 610041)

在地球動力學和地震預測預報研究領域中，在處理GPS數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)測站周圍環(huán)境干擾是影響GPS定位精度的主要環(huán)境因素之一，會對GPS接收機的定位結(jié)果造成影響。本文根據(jù)四川省GPS觀測網(wǎng)絡地震監(jiān)測網(wǎng)的連續(xù)性等特點，通過對觀測網(wǎng)中2014～2015年參考站的數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)現(xiàn)寧南基準站數(shù)據(jù)處理結(jié)果在某一時段存在突跳現(xiàn)象，通過對數(shù)據(jù)處理結(jié)果的進一步分析研究發(fā)現(xiàn)，測站附近廣播信號塔的信號發(fā)射對GPS信號接收存在干擾。

誤差 ；GPS定位精度 ；干擾；噪聲特征

GPS觀測結(jié)果在地殼運動研究中已經(jīng)得到廣泛的應用。在這些應用中通常用位移(或速率)誤差來判別結(jié)果和據(jù)此得到的推論的可信度。而這種誤差一般是指建立在最小二乘原則上的內(nèi)符合精度。對GPS觀測中的偶然誤差可以正確判斷，但現(xiàn)實中，對于非偶然誤差的判別就不具備可信度了。本文中通過對四川GPS觀測網(wǎng)絡連續(xù)運行參考站數(shù)據(jù)的解算，發(fā)現(xiàn)個別站時間序列的噪聲特征，在應用GPS結(jié)果時需要對其誤差的估計引起足夠重視。

四川省地震局GPS觀測網(wǎng)絡共由68個連續(xù)運行參考站(CORS)組成(其中34個站點的數(shù)據(jù)可實時傳輸至數(shù)據(jù)中心)(圖1)，網(wǎng)內(nèi)所有測站均使用GAMIT/GLOBK軟件進行統(tǒng)一處理和平差(時間延遲：3 d)，所獲取的最終數(shù)據(jù)產(chǎn)品包括：基線時間序列(精度：1×10-8～10-9)、坐標時間序列(精度：水平3～5 mm，垂直10～15 mm)、速度場(精度：1 mm/yr)、GPS/TEC信息(0.01～0.40TECU/四川區(qū)域)等。目前，四川省內(nèi)的所有GPS測站均已實現(xiàn)連續(xù)、自動數(shù)據(jù)解算，數(shù)據(jù)解算成果應用于地震會商會。

圖1 四川GPS觀測網(wǎng)絡站點分布

1 分析

2014年4月，GPS中心在對數(shù)據(jù)處理結(jié)果進行分析時發(fā)現(xiàn)四川寧南站坐標時間序列呈現(xiàn)較為明顯的抖動，見圖2中方框所示，2014年3月和2015年3月寧南臺站數(shù)據(jù)處理結(jié)果中都出現(xiàn)了較大抖動。通過對該測站建站資料分析，臺站環(huán)境實地踏勘，發(fā)現(xiàn)該測站架設于基巖之上，可以排除測站墩臺受土壤松動的影響。根據(jù)GPS定位原理，影響定位精度的主要因素來源于信號傳播過程、相應的時間定位精度和接收機誤差，因此對定位誤差的貢獻因子主要包括SA誤差、大氣層干擾、對流層延遲改正后殘差、星歷誤差及多路徑效應誤差。概括起來定位的主要誤差來源可分為3類，即衛(wèi)星誤差、信號傳播誤差和接收誤差。

(1)衛(wèi)星誤差主要包括星歷誤差和星鐘授時誤差；(2)信號傳播誤差主要包括電離層和對流層延時改正誤差、多路徑誤差、相對論效應誤差和地球自轉(zhuǎn)效應誤差；(3)接收誤差與GPS接收機有關，主要包括觀測噪聲誤差、內(nèi)時延誤差和無線相位中心誤差。

在上述誤差因素中，GPS衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、GPS接收機鐘差以及大氣折射造成的誤差等都有一定的規(guī)律可循，可采取一定的措施將誤差影響降至最低。如利用差分GPS技術可將衛(wèi)星鐘誤差和星歷誤差消除，并將電離層延遲和對流層延遲誤差部分消除.

因為本站設備為Trimble NETR8+Choke Ring天線，與“四川GPS觀測網(wǎng)絡”其他測站使用設備相同，根據(jù)其他測站坐標序列的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，基本可以排除觀測設備自身的誤差影響。因此需要考察GPS臺站數(shù)據(jù)處理結(jié)果會不會受到周邊觀測環(huán)境的影響。通過到臺站現(xiàn)場勘查其周邊環(huán)境(圖3)，圖3中圓圈內(nèi)為GPS臺站位置。

圖2 四川寧南GPS臺站2014～2015坐標時間序列變化

約在GPS臺站的南側(cè)20米處有電視轉(zhuǎn)播塔、移動信號塔，考慮到這些信號塔對GPS信號應該會有明顯的影響，基于此，使用GAMIT軟件相關命令，繪制了該站的殘差信號天空視圖(圖4)，以2014年001天、002天、004天和005天的天空殘差視圖為例。由圖4可見，影響殘差大小的因素主要為多路徑效應+水汽+天線相位中心誤差，連續(xù)兩天具有重復性的殘差部分為多路徑引起的殘差分量。圖中長方形圈注的區(qū)域呈現(xiàn)周期性，可理解為多路徑產(chǎn)生的影響。同時，需要說明的是，用長方形圈注起來的的區(qū)域恰好也在測站的東南側(cè)附近，與電視轉(zhuǎn)播塔、移動信號塔等所在的區(qū)位基本一致。由此可判斷出，寧南基準站附近存在的信號發(fā)射塔對該測站GPS信號接收存在一定的干擾，引起數(shù)據(jù)處理結(jié)果出現(xiàn)突跳。

為進一步說明上述明顯的天空殘差與該站坐標序列的不穩(wěn)定是否有明顯關系，專門繪制了殘差噪聲/時間序列曲線圖(圖5)，圖中可見，擾動較為明顯的區(qū)域?qū)木€條跳躍偏離值也較多，說明，周圍觀測環(huán)境對該站坐標序列的影響較為明顯。

圖5 寧南GPS臺站殘差噪聲/時間

3 結(jié)論

通過對寧南測站周邊環(huán)境的勘查和測站觀測數(shù)據(jù)解算分析，可以發(fā)現(xiàn)2014年3月和2015年3月該站都出現(xiàn)了數(shù)據(jù)突跳現(xiàn)象，該現(xiàn)象與臺站附近建有信號通信塔有關，當信號塔發(fā)射信號時，對GPS信號接收產(chǎn)生一定影響。未來，隨著科學技術的發(fā)展和GPS臺站的建設，GPS接收機會不斷得到改進，觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量也會明顯提高，增加區(qū)域GPS臺站密度，利用GPS研究地殼運動，探索地球動力學現(xiàn)象在全世界得到迅猛發(fā)展，對它的定位精度要求也越來越高，而GPS信號受環(huán)境干擾等因素的影響，制約著其定位精度的提高。隨著人們研究的深入，提出了更多的解決辦法，努力將這些干擾對定位精度的影響降至更低。

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Noise character of Ningnan Standard Station in Sichuan GPS Observation Network

Gu Tie, Chen Chong, Liu Jiang

(Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Chengdu 610041, China)

The environmental disturbance is one of factors affecting the accuracy of GPS positioning. Based on the operation condition of Sichuan GPS Observatory Network and the data continuity we process the data of Ningnan Standard Station and find that a sudden step or jump changes are concluded in a fixed time in a series of data. We find that the interference appeared in the observatory data comes from the signal transmitted from the radio station nearby.

error; GPS positioning accuracy; interference; noise characteristic

2015-08-07；

2015-09-22

顧鐵(1980-)，女,陜西省漢中市人，工程師.

P227

A

1001-8115(2015)04-0016-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.004