南极IGS基准站坐标时间序列分析.pdf

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1、第5期矿山测量NO．52015年10月MINESURVEYING0ct．2Ol5doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2015．05．008南极IGS基准站坐标时间序列分析王默然(华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063009)摘要：文中通过分析南极地区9个IGS基准站坐标时间序列的数据质量，提出了坐标时间序列研究时段的选取标准。同时采用线性拟合、方差齐性分析、自相关分析和周期功率谱分析等方法分别研究了各站点运动趋势、坐标时间序列噪声特性及高程分量的周期特性等内容，并得到相关结论。关

2、键词-IGS；坐标时间序列；残差；周期项中图分类号：P228文献标识码：B文章编号：1001—358X(2015)05—0024—04IGS基准站坐标时间序列为大地测量及地球动力学研究提供了大量的基础资料。对其进行分析，可以获得站点精确的运动趋势，从而可以更深入研究造成站点运动的内部机制。全球范围内关于IGS基准站坐标时问序列的研究已经很多，但对于南极地区IGS基准站坐标时间序列的研究相对较少。主要原因是南极地区的IGS基准站与其他地区相比，具有很多不同特性。如大高度角卫星较少、卫星连续可视时间短，加之

3、南极地区地理环境的特殊性，导致观测过程中产生的多路图1南极IGS基准站径误差和电离层延迟也更加复杂⋯。表1IGS站点位置及观测时段本文主要目的是对南极IGS基准站坐标时间序列数据的质量分析、站点运动趋势分析、坐标时问序列噪声特性及高程分量周期项分析。1南极IGS数据1．1原始数据截至2014年，在南极地区建立的IGS基准站已有9个，均匀分布在南极洲海岸线附近，如图1。获得的数据为SOPAC(ScrippsOrbitandPermanentAr—rayCenter)提供的自1994以来各站点连续观测的单天

4、解数据。各站点的经纬度，观测时间段及时间序连续性很差，数据整体缺失率达到20％以上，不适合列的相关信息见表1。进行长时间尺度的分析研究；②JGS基准站坐标分量1．2研究用数据时间序列信号的整体噪声分别在2003年和2009年对于时间序列的研究，一般认为连续观测数据前后出现了不同程度的减弱。时间段越长越有利于提取准确有价值的信息。通过对于缺失时间段过大的时间序列很难将其恢复对各个站点原始坐标时间序列的观察(这里仅列出至原来面貌，所以选用的研究数据中不能包含缺失SYOG，如图2)，不难发现：①南极IGS基准

5、站部分站时间段过大的时间序列。为了提高研究可靠性，定点数据缺失严重或观测年限不足，DUM1、MAW1、义IGS坐标时间序列分析中时段选取标准如下：OHI2、VESL四个站点的时间序列(1)研究时段内数据缺失量不能大于5％；24第5期王默然：南极1GS基准站坐标时间序列分析2015年10月图2原始坐标时间序列(SYOG)(2)研究时段长度不低于3年；3时间序列分析(3)研究时段内连续数据缺失量不能大于15；(4)研究时段应尽量与整体时段趋势相同。3．1线性拟合提取趋势项根据以上标准，确定了本文研究用的IG

6、S基准站对选定的南极IGS基准站坐标时间序列分量进坐标时间序列，见表2。行孤立值剔除后，用最小二乘法进行线性拟合，拟合表2选取的研究数据公式为：P()=a4-bx式中，n是线性拟合的初始值；b是线性拟合的线性速度。以SYOG的E分量为例，应用MATLAB平台对其进行上述方法拟合，由拟合图像(图3)可知，SYOG站点坐标E方向时间序列具有线性趋势，并且随着时间2数据预处理的增加而逐渐向东移动，同时可求得线性速度b=2．76mm／a，即为SYOG站点E方向的线性速度。通过南极IGS坐标时问序列中包含少量的孤

7、立值，它此方法对南极每个IGS基准站进行分析，求得各个站们是由于外界条件、传输信号干扰等因素引起的，这点的线性速度，见表3。些孤立值在由时间序列求趋势项和在噪声特性分析时都应予以剔除。剔除孤立值的方法有很多，本文采用的是稳健孤立值探测法IQR标准。在对坐标时间序列进行功率谱分析时，要求序列是等间隔采样的，所以必须对研究时段的时间序列进行插值，以获得均匀采样的时间序列，并保证时间序列的趋势性。插值原则为：①时间序列间断时间小于5天的，则用间断前后的数据进行线性插值；②时间序列间断时间大于或等于5天的，采用

8、三次样条插值进行插补。由于本文选取的研究时段数据缺失并不多，所以插值对结果的影响并不明显。IGS基准站连续观测中，由于更换天线等原因，导图3N分量线性拟合(SYOG)致坐标时间序列在某一时刻发生阶跃。所以应对研3．2噪声类型分析究时段内存在的阶跃项进行消除，具体方法是将阶跃GPS坐标时间序列中不仅包含白噪声，同时包含B,-JN之后的观测数据统一消除阶跃变化值。时空相关的有色噪声、流程延迟、海潮负荷、大气负25第5期矿山测量2015年10月表