RTKLIB在高采樣率GNSS地震監(jiān)測中的應用研究

陳憲冬

摘 要：介紹了高采樣率GNSS地震監(jiān)測研究進展，利用RTKLIB軟件對2010年4月14日墨西哥Baja California地震時的高采樣率GPS觀測數(shù)據(jù)進行了非差精密單點定位解算，得到了一些有益的結論和建議。

基金項目：陜西省教育廳科學研究項目：高采樣率GPS動態(tài)精密定位技術在地震監(jiān)測中的應用研究（2010JK671）

1、引言

GNSS定位技術是地球動力學研究的重要技術手段，高采樣率GNSS精密定位技術能獲得測站的三維地表形變，為地質構造分析、地震機理研究、地震反演提供了新的數(shù)據(jù)源，日益發(fā)展成為一門新興學科——GNSS地震學。目前，國內(nèi)外眾多學者用Bernese、GIPSY、GPSTOOLS等軟件對震時實測GPS數(shù)據(jù)進行了解算研究，取得了豐碩的研究成果[1-3]，歐美等發(fā)達國家已建立了高采樣率GNSS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）和實時GNSS地震監(jiān)測預警系統(tǒng)，我國地震監(jiān)測網(wǎng)絡及各省市的CORS也已完成了GNSS升級，國際GNSS服務組織（IGS）下屬的一些衛(wèi)星定軌中心，如CODE、BKG、我國武漢大學等已可提供多種GNSS（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）的精密星歷，GNSS地震學研究日益成為國內(nèi)外研究的熱點。本文采用RTKLIB軟件對2010年4月14日墨西哥Baja California地震時的高采樣率GPS數(shù)據(jù)進行處理，成功獲得了測站形變和地震波信號。

2 RTKLIB軟件簡介

RTKLIB是由日本東京海洋大學的高須知二（Tomoji Takasu）開發(fā)的開源GNSS數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件支持精密星歷和多種GNSS衛(wèi)星（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS），支持動態(tài)+靜態(tài)模式和單差+雙差模式，支持多種GNSS數(shù)據(jù)標準及通信協(xié)議，具有豐富的數(shù)據(jù)處理函數(shù)庫和強大的GNSS精密定位定軌功能，具有易學易用的圖形化用戶界面和數(shù)據(jù)成果展示方式。目前，全球已有幾萬個用戶下載學習RTKLIB或移植RTKLIB的C程序代碼開發(fā)各種GNSS應用軟件。

3 RTKLIB數(shù)據(jù)處理

GNSS數(shù)據(jù)處理可以采用雙差模式，也可以采用非差精密單點定位（PPP）模式。PPP模式能實現(xiàn)單臺接收機快速定位，非常適于構建GNSS地震監(jiān)測預警系統(tǒng)。PPP數(shù)據(jù)處理流程為：首先獲取GNSS觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星精密星歷（及精密衛(wèi)星鐘差改正）；其次進行數(shù)據(jù)預處理，具體包括粗差探測與剔除、系統(tǒng)誤差改正、觀測方程建立等；最后進行參數(shù)解算，可解算接收機的位置/速度/鐘差、對流層延遲、相位模糊度參數(shù)等。使用傳統(tǒng)的無電離層影響的線性組合（iono-free linear combination， LC）觀測值，PPP數(shù)據(jù)處理模型可寫為：

式中，為參數(shù)向量，包括接收機位置、接收機速度、接收機鐘差、對流層天頂延遲、相位模糊度及其它相位偏差；為觀測值向量，包括無電離層影響的線性組合載波相位觀測值和無電離層影響的線性組合精碼偽距觀測值。

RTKLIB采用擴展卡爾曼濾波EKF算法進行PPP參數(shù)解算。

4、GNSS地震監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

UTC時間2010年4月4日22時40分，墨西哥Baja California地區(qū)發(fā)生了里氏7.2級地震。附近的美國加州實時網(wǎng)（CRTN）和美國板塊邊界（PBO）網(wǎng)的GNSS觀測站均可監(jiān)測到此次強震，GPS觀測站P473、P494、P496、P744可提供5Hz采樣的GPS數(shù)據(jù)，為GNSS地震學研究提供了數(shù)據(jù)條件[2.3]。

本文使用CODE發(fā)布的GPS精密星歷文件和5秒間隔的GPS衛(wèi)星鐘差改正文件，基于傳統(tǒng)PPP模式，用RTKLIB對其附近的高采樣率GPS觀測站進行了數(shù)據(jù)處理，其中P494的測站坐標序列如圖1所示

由圖1可見，利用RTKLIB軟件對震時高采樣GPS數(shù)據(jù)進行PPP解算，不僅能夠獲得測站地表形變和地震波信號，更可以獲得地表的永久形變位移。這些信息無疑為震源分析、地層破裂分析、地震波傳播分析提供重要資料。

5、結論和建議

本文利用RTKLIB軟件，基于PPP解算模式，成功獲得了墨西哥Baja California地震時的高采樣率GPS測站的地表位移。RTKLIB軟件功能強大、易學易用、支持多種GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)（包括GPS、GLONASS、Galileo、Beidou、QZSS、SBAS）。RTKLIB軟件必將日益成為GNSS地震研究的重要工具之一。

參考文獻

[1]程羲.高采樣率GPS動態(tài)精密定位數(shù)據(jù)處理及其應用研究[D].西安科技大學，碩士畢業(yè)論文，2013.

[2]方榮新，施闖，陳克杰，等. GPS地震儀：PANDA軟件測試結果與驗證[J].武漢大學學報-信息科學版.2011，Vol.35（4）：453-456.

[3]吳繼忠. 基于GPS觀測的BajaCalifornia地震地殼變形分析[J]. 武漢大學學報-信息科學版.2011，Vol.36（4）：437-441.