文摘
GPS(全球定位系统)的监测具有重要的理论和实践意义理解地区地壳形变与防灾减灾。基于GPS系统微分模型,本文构建了一个地震实时数据分析模型,并讨论和分析了GNSS(全球导航卫星系统)单系统single-difference模型,单系统双差分模型,和双系统双差分模型。模型处理数据时的GNSS两用卫星定位系统,提出短基线模棱两可的解决方案是研究在一定程度上解决了问题,其他常见的方法只能检测大周期或者要求双频数据。在仿真过程中,通过GPS坐标时间序列的研究,稳定的网站,网站的周期变化,板的运动规律和其他信息进行分析。组合方法用于估计车站噪声,坐标时间序列参数、车站和速度,然后是共模误差对车站噪声的影响,参数估计,站速度估计进行了研究。实验结果表明,白噪声和有色噪声的平均大小减少31.61%和42.28%,分别,这有效地减少了参数估计的不确定性和不确定性的站速度估计。
1。介绍
GPS是广泛应用于地壳形变的研究、地球动力学、地震学、等领域由于其具有全天候、高精度、实时性能(1]。的集约化建设全球永久GPS连续观测站和GPS数据处理精度的持续改进,GPS可以监视全球板块运动,区域地壳形变(2],主动模块和故障较高的运动精度,以便它可以提供高精度地壳表面位移场随时间变化(3]。随着科技的发展和进步,观测精度和数据处理的准确性GPS技术不断得到改善和发展4- - - - - -6),及其应用领域的地质也日新月异的变化。这些GPS连续观测数据分布在世界是地球科学的基础研究(7]。
GPS技术可以提供在全球范围内大量的观测数据。利用这些观测数据,我们不仅可以定量研究大区域板块的运动,还研究当地板和底板的运动和变形(8]。作用下地球内部和外部的力量,地壳表面的兴衰,倾斜,脱臼。地壳运动,如断层、褶皱,甚至地震、地壳应力的不断积累的过程9- - - - - -11]。这些地壳运动往往会导致一些地质灾害和各种次生灾害,如地面沉降(12]。各种灾害造成的地壳运动产生严重负面影响国民经济发展和人民的生命和财产13]。因此,有效的地壳形变监测和分析它的运动规律有很大的理论和实践意义理解地区地壳形变和防灾减灾14]。
为了研究地震监测的高精度数据处理方法,进行数据分析和研究全球板块运动的法律在此基础上,本文构造了一个实时地震数据分析模型,基于6年的数据来自世界各地的700多个GPS站的。的相对精度基线,基线的重复率,基线的数值解,网络调整解决方案的准确性,和外部巧合坐标的精度,子网划分的纬度和经度和子网划分板进行比较和分析。结果如图所示:当 ,m的值大,不利于程序的执行效率,所以它不是表中列出。基线的平均相对精度 , ,和解决方案的方向导致解决方案 , ,和 ,和平均解决时间是101.2分钟;基线的平均相对精度 , ,和方向的结果 , ,和 ,和平均解决时间是102.1分钟;计算精度和解决方案效率略好。
2。相关工作
近年来,全球定位系统(GPS)技术已经越来越广泛地应用于地球科学、天文学、和其他领域,利用GPS技术来研究地壳运动的法律已经取得了很大的进步。一句话,GPS技术监控做出杰出的贡献全球和区域地壳运动观测精度高的优点,设备成本低,和全天候的大规模15]。
Gurbuz et al。16)研究了基于最初的伪距和载波相位观测,利用卡尔曼滤波技术和估计电离层和对流层参数同时,实现长基线,高精度动态相对定位和高精度的相对定位single-difference模型。定位技术研究,receiver-related等信息的相对硬件延迟接收机是同时获得基线组件。Yabe et al。17]证明了等价nondifferential和微分模型,也就是说,使用相同的观察和估计未知参数,结果是一致的,并提出了一种统一的数据处理模型。李等人。18]分析了稀疏的快速傅里叶变换的应用领域和共同的讨论方法。最后,基于上述内容为理论基础,提出了一种并行代码阶段采集算法基于稀疏的快速傅里叶变换。该算法采用区域剩余定理的概念。
Akhoondzadeh et al。19)首次提出GPS卫星信号的快速采集算法C /代码基于FFT(快速傅里叶变换算法)。例如,一个快速获取方法基于piecewise-matched过滤器和FFT算法的伪随机噪声(20.)平均消除接收机的信号序列,同时给多个本地编码阶段。的叠加序列可以提高卫星信号的采集速度。研究人员提出一种新的FFT-based伽利略信号二次代码获取算法,基于串行和并行搜索,执行串行搜索在第一阶段和第二阶段并行搜索(21]。学者使用循环相关分解提高FFT-based并行码相位搜索的性能获得GNSS信号,并提出使用转移相关的打印(伪随机噪声)代码来创建一个新的本地代码,并使用标准的FFT方法收集(22),缩短采集时间,克服歧义问题,并提供收购的速度通过频率补偿等关键技术,叠加处理,分割处理和反演位置估计(23]。
3所示。建设基于GPS监测地震实时数据分析模型
3.1。GPS基线解
利用GPS基线的主要目的解决承运人是消除或削弱电离层延迟误差的影响,以及使用高频载波的作用是提高导航和定位精度,因为高频载波可以精确测量多普勒频移和载波相位 。在GPS导航和定位系统 ,承运人的目的是传播范围代码信息和导航信息。同时,在载波相位测量,承运人也可以用作测距信号 。
其中,C /代码的主要目的是大致测量范围和获取精确的测距码代码。C /代码只有在载波调制。由于C /代码不是调制载波 ,它不能准确地消除电离层延迟误差 。P调节承运人代码 ,分别,可完全消除电离层延迟误差的影响 。
包括代码分为细和粗代码。的代码的符号率为5.11 MHz,长度58.67米的象征;好代码的符号率为0.511 MHz,象征着586.7米的长度。粗的测距精度代码符号长度的1/100。为每个格洛纳斯卫星,代码长度为511 C /符号进行载波相位调制;格洛纳斯卫星使用P代码类似于GPS卫星信号,但GLONASS卫星的P码是严格保密的。
GLONASS卫星坐标的差值图1通过集成方法和实际值积分时间的增长而增加。因此,对于高精度的定位需求,集成长度是最好控制在30分钟内。从表中的数据可以看出,当阈值系数的值逐渐增加,拟合窗口的宽度会逐渐减少。
如果其他周跳检测方法可以组合修复周期滑至5个周期内,然后使用电离层残差法,所有周期能被探测到。根据这一观点,本文采用多项式拟合方法和电离层残差法,共同探测和修复周跳。特定的操作是先使用多项式拟合方法来检测原始载波相位观测和修复可能周期一滑原始载波相位观测的5个周期内,然后使用电离层残差法进行进一步的处理正确检测和修复。
3.2。地震台网分布
除了与基线相同的优势解决地震网络,整个解决方案模式还可以避免不一致的解决方案相同的基线的问题在不同的时间段和闭环由不同时期的基线。变换计算二维自相关;最后,一维协方差函数可以通过使用二维自相关函数的平均旋转 。非零分的数据可以用于重量非零分的数据规范产生的自相关函数在执行功率谱计算。
接收器是否单一频率或双频率、精度高或低精度,解决协调监测站的价值之前,它必须首先计算站的观测卫星的位置,然后观察这些卫星和接收机的位置根据车站的位置 。坐标的值监测站的计算根据相关信息如数量,计算卫星位置计算根据卫星导航的相关参数信息 。
假设GPS卫星和GLONASS卫星同步观察到在一个特定的时间,和一个GPS和GLONASS卫星选为参考各自的卫星系统, 就可以形成双差分方程,这是更好的比 卫星。
它消除了影响接收机的时钟,进一步减少了错误如电离层延迟、对流层延迟的影响,因此,模棱两可的特点一个整数周期和提高了相对定位的精度。打标机本身的读卡器夫妇和精力投入到标签的数据(Thos Grabbert)芯片的数据采集系统通过天线板时甚至可以记录GPS数据数据采集系统板不是动力。DSP(数字信号处理器)作为控制部分,及其控制机制是,当标签中的数据需要阅读,DSP将动力通过IO和激活,这将减少整个董事会的功耗。一个自定义的协议栈实现FPGA(现场可编程门阵列)。标签被激活后,FPGA将读它并试图实现的时间信息采集算法在FPGA基于这一次。
在图的网络环境2为了利用分布式处理基线解决方案,必须分解任务本身,也就是说,并行处理。地震波数据采集系统包括以下部分:FPGA + DSP数据处理机制,前置放大滤波电路,A / D采集模块、通信模块、故障模块,倾角测量模块,温度和湿度采集模块、功率传输控制模块、RFID(无线射频识别)应答器模块,电源检测模块,电源电压转换DC / DC模块,和外部GPS打标机设备。可以看出,随着采样间隔的增加,电离层残差的波动幅度会增加,也与实际情况一致。
基线解决方案的整个过程可分为三个阶段:数据存储和传输,数据预处理和基线向量的计算。不同阶段是不同的,数据的特点和采用的分布式策略也不同。分布式计算发挥最好的作用,需要设计不同的分布式计算方法根据基线计算的不同阶段的特点。
3.3。实时数据分析
实时数据的调整计算GPS网络,两个批处理和顺序处理的方法可以采用。批处理方法需要准备的所有观测数据处理时间提前,然后批量处理数据。顺序处理方法意味着到来数据的第一天,第一天的数据处理,和调整的结果数据的第一天。调整结果包括recorrection第一天的数据和第二天的调整,这些调整分配给原来的近似值。
它还将把数据调整的结果第一天作为一个近似的价值和获得一个修正量。因此,相对而言,信号的小波变换系数值必须大于噪声的小波系数值的能量分散和振幅很小,这是非常重要的。如果一个合适的阈值被选中时,噪音吗可以有效地消除小波系数阈值 noise-containing信号的 。
GAMIT / GLOBK是定位和定轨的基线处理软件使用GPS载波相位观测。GLOBK使用卡尔曼滤波方法对网络调整。隧道的监测项目进行一个全面的监测区域,隧道低沉降、裂缝宽度,每三个月和隧道位移,其中GNSS技术用于区域变形监测。使用的设备是4套特林布尔5700或R6,监测站是观察7.8小时,采用率是15秒。数据处理与数据结合在一起的连续的监测站。图3使用相应的软件来处理GNSS数据。
在这个实验中,让阈值系数 开始值,实验取得最小值拟合窗口的宽度。结果如图所示:当 ,的价值大,不利于程序的执行效率,所以没有列在表中。从表中的数据可以看出,当阈值系数的值逐渐增加,拟合窗口的宽度会逐渐减少,但的价值不应太大,一般在2到9的范围。从程序执行效率的角度来看,当 和 ,程序运行时间是0.046850秒;当 和 ,程序运行时间是0.028068秒;当 和 ,程序运行时间是0.060400秒。因此,当 和 ,程序执行效率是最高的。从上面的讨论,可以看出,对于只有一天的数据,对不同时期不同处理方法不仅可以解决高插值顺序造成的龙格现象,还可以显著提高插值精度。虽然这种插值处理方法有点麻烦,它带来了整体插值精度的提高。只在一天的数据,这是一个理想的方法。
3.4。拟合误差因素
使用滤波误差因素,有必要首先选择小波分解层数 ,然后根据频率细分解信号水平,和减少高频噪声通过选择合适的阈值对每一层。从第一层到层的高频系数阈值用于重建信号后,最后,结构的变形信号。小波的多分辨率特性和自适应噪声消除器是相辅相成的。
因为相关连续两天的多路径误差只有85%在良好的条件下,随机噪声接收机的主要是高频噪音,无关紧要的和不可避免的,自适应噪声消除器无法抑制。然而,结构变形和多路噪声主要是低频信号 ,因此它被认为是使用多分辨率特性小波信号进行二次过滤 。
自从GAMIT / GLOBK软件限制站的数量到99年的一天,在实际计算,点超过65的数量,计算时间大大增加。本文使用的数据共有约700个车站。罗孚R1放置参考站在对面的角落里,因为周围的间隙是更好,多路径效应不会生成,和主要误差源是系统接收机的噪声。旁边的移动电台R2设置仓库,和旁边的仓库用于生成多路信号。测量结果R2将与R1。三个采样间隔可以探测周跳的价值1周期,这表明,增加采样间隔对能力没有明显影响检测周期滑落。所有支架安装在顶部。基本设置为保持天线水平,接收机的采样频率设置为1赫兹,和采样时间是90分钟。
实测资料分析了联合去噪方法在图4和过滤的结果是令人满意的。奇异点的检测主要是通过小波多尺度分解的信号,并且每一层分解后的高频部分。凸点的波形,高频部分是奇异点。在短基线微分定位,它可以被认为是基线的对流层误差两端基本上都是相同的,和这个错误的影响可以基本消除载波相位差。
GPS数据后处理软件用于消除周期性组件和共模错误和其他非结构变形信息在连续站位移序列,这样的水平运动速度在GPS连续观测站地壳监控是提高。这时,对流层延迟误差不能消除差分即使在短基线条件。当有一个突然的变化信号,小波变换后的系数有模量的最大值。因此,信号发生突变时可以由检测模量的最大值点。使用自适应降噪滤波方法连续两天,信号的标准偏差错误可以从原来的13.48%下降到4.26%,最后二次小波去噪误差减少到1.42%。
4所示。应用程序和基于GPS地震实时数据分析模型分析监测
4.1。GPS数据采样
数据从2019年的001 - 003天700全球分布的GPS连续操作基站选择的实验,和上面的两个子网划分方案是用于数据计算。三维坐标的准确性,重复性和遵守每周的解决方案进行了比较。注意,这个文件不列表的数量估计参数,直接和我们读估计参数,最后数有多少估计参数。
第一个字段的参数是参数名,第二个数字是参数指标,第三和第四个数字参数的有效时期开始和结束时代,第五号参数值之前,第六号参数约束值,第七组号码是号码对应参数。中使用的计算机设备两台戴尔R710子网划分方案,2 u机架式工作站,和它的基本配置参数是Intel Xeon 4核处理器,8 GB DDR-3 1066 MHz的记忆。表1使用GAMIT / GLOBK10.6执行数据计算所有子网在各自子网划分方案同时在Centos 7系统。
子网划分的方法经度和纬度将制服站在子网,并解决整个GPS网络的有效时间(时间解决慢的子网)会降低。不均匀的原因在每个子网划分的台站数量根据板块分布是子网限于板块分布,和一些盘子站少。波形的采样间隔15秒5周内波动,和检测能力的多项式拟合方法观测数据的采样间隔15秒是5周。根据上面的讨论,可以得出的结论是,如果接收机的采样间隔设置在15年代,周跳的值的原始观测数据在5周内可以修复利用多项式拟合的方法。
图5使用内置的mk-net坐标转换工具来处理GAMIT / GLOBK数据更新后的目录表目录组织文件提取尿酸行数据坐标变换来获得所需的先验坐标文件格式,然后执行st-filter处理。从组织文件获得的结果有更好的精度。小波系数在不同尺度的小波系数相似测量风速,许多山峰,基本上发生在相应的时间段,反映了动荡的内部层次结构。小波系数的概率密度函数比较小波模拟风速显示风速模拟谐波叠加高斯,而风速模拟小波的非高斯由于间歇性的存在,这是符合测量风速、和逆距离插值算法来消除非结构化的噪音GPS移动观测区域,这样的水平移动速度移动监测GPS区域不受影响。不同尺度之间的峰态显示一个明显的下降趋势,特别是在前四个鳞片,概率密度分布已经完全不同于高斯分布,规模和峰度2达到12.4333。此外,它可以看到的数据分布的偏态分析测量风速和模拟风速基本上是对称的。
4.2。实时数据测量
在这篇文章中,上述两个子网划分方案是用来从四个方面分析基线重复率,并执行统计分析方面的最大值,最小值,平均值。数据采样间隔设置为15秒,观察期间是3小时。图6选择400年第一阶段观测卫星PRN2时代和PRN4(打印代表GPS卫星的伪随机数)同步观测到两站为研究对象。
可以清楚地发现,有一个很大的不同测量风速。虽然小波系数显示了一定的间歇性在低频阶段,它基本上是高斯白噪声在高频阶段,而且没有区别不同尺度测量风速。小波系数的概率密度函数和峰度和偏态谐波模拟风速的分析结果,可以看出,谐波叠加法是在良好的协议与高斯分布,其峰态波动约和偏态波动在0。
解决方案的最大误差结果三个组件的两个网络分销计划小于2厘米,最小值低于2毫米,平均价值4毫米和5.2毫米之间。计算精度高,满足要求的地壳运动研究;相比之下,子网划分方案的解决方案精度纬度和经度是略好。可以看出,大部分的差异调整两个子网划分方案的结果小于5毫米,和两个有高度的协议,这也从侧面证明了计算结果的可靠性。
4.3。监督协调仿真
为了方便GNSS变形监测的管理坐标数据和相应的操作结果,SQL Server 2008作为数据库进行数据管理。这个模块包括功能,如提交和存储、数据添加、数据修改、数据删除、Excel导入和数据清理。自从地震地区的大多数GPS站的供电被中断52秒地震发生后,恢复供电和数据收集大约四个小时后,所以没有GPS数据在停电。由于大变形引起的地震,地震前后观测数据分为两个时期,即前的一小段时间内地震和地震后的时期。为了促进GPS数据的分析,主要是认为大部分的站在地震时地震区域相对较大的运动,所以需要相对稳定的GPS站参考站和数据融合。
在数据查询之前,第一套监视点的名称查询和查询的时间段。在图监测点的名字7可以选择一个以上的。查询的时间分为两种类型:一种是设置开始时间,结束时间默认为当前时间,我们查询所有GPS1和GPS3监测的监测数据点;第二个是设置开始和结束时间,查询。同时,非结构噪声参数信息,如年度,半年度的位移时间序列消除共模误差拟合后,最后从位移序列中删除。前两个模块的实现是指定的名称和时间的提前监视点和有选择地修改和删除SQL(结构化查询语言)数据库中的数据;数据清理是明确指定数据库的监控数据。
4.4。示例应用程序和分析
鉴于许多监视点的特点,长期监测,和大量的数据在工程建筑,监控数据查询功能了,这是方便用户屏幕数据根据实际情况的需要,提高了数据排序的效率,初步整理筛选数据。第一个标准的主要指标是基线分量的大小错误。之前如果是大于你的预设限制站坐标和轨道参数,然后快速查看文件或autcIn-sum文件将显示大量的数据丢失。如果数据是随机分布的,之前的权重也正确,将接近团结。在实践中,使用默认的加权方法,一个好的解决方案可以产生约0.25。如果大于0.5,这意味着周跳不是消除或额外的偏见有关参数或发生时,如果最后一批解决方案符合两个标准,通常是没有必要仔细观察其他任何输出。
地震波数据采集系统采用高精度24位ADC(模拟数字转换器)表2为核心的数据采集,从而大大提高了获得信号的动态范围和满足信号采集的要求120分贝的动态范围。ADC是由FPGA数字逻辑,和数据通过接口传输到DSP数据处理。
FPGA帧处理数据并将其传输到终端或前一个节点通过坡通信接口。为了使用户能够直观地检查是否监测点的位移超过规格公差或预警值,添加一个公差设定模块的基础上绘制位移趋势图的功能。第二个是自我界定的宽容。根据不同工程建筑和不同用户的需求水平,公差值可以由你自己决定的。位移趋势图可放大,保存,和检查等信息的阶段和位移监测。可以看出GPS4的位移监测的第九阶段 - - - - - -轴是1.8毫米。摘要GAMIT10.6用于基线解,解结果是一个单日解,计算18子网的数量每天约20000。
由于GPS的应用分析需要均匀取样,取样不均匀的参考站点坐标时间序列,插值处理需要获得均匀采样坐标时间序列。在图使用的插值法8是奇异谱迭代的区别。由于大量的站在这篇文章中,4站与明显的数据缺失的选择从所有站的插值效果。可以看出,这四个车站前有明显的数据缺失的插值。迭代插值后,坐标时间序列变得连续和光滑,哪个更符合地壳运动研究的数据需求。特林布尔5700或R6,采用率是15秒;持续的监控数据正式收集从2019年7月,902年徕卡两用卫星接收机和天线使用,采用率是15秒。发现在南北方向的最大速度区别是0.6毫米,最小值是0毫米,和均方根速度差是0.26毫米;在东西方向上的最大区别是0.5毫米,最小差异是0毫米,均方根速度差异是0.19毫米。
本文使用5%作为阈值和数据的缺失率超过5%将被消除。分析后发现,大约160个车站没有满足需求和被淘汰,和消除站占所有的22.9%。站的剩余数量约为536。过滤值和测量值之间的差别GPS1 GPS4在±0.4毫米,表明卡尔曼滤波器能更好地反映GNSS变形监测的实际变化,才能真正反映实时动态数据的可变形的身体。变形监测数据具有良好的去噪效果。
5。结论
在本文中,通过对实际数据的分析,地震信息的变形趋势可以通过GNSS,可满足高精度的要求和实时地震监测。针对长时间变形监测的特点和大量的数据,研究了SQL Server 2008数据库,GNSS监测数据是有效和实时管理和辅助等功能修改和Excel批进口设计;为了可视化GNSS监视点的轴向和点位移趋势,效果和实时更新的控制是通过实际开发验证。可以看出,速度的均方根差在垂直方向是水平方向的1.97倍。同时,单日解计算了6年的观测数据来自世界各地的700多个GPS站,到达millimeter-level准确性。子网划分的基础上,研究计划,GAMIT / GLOBK10.6用于计算每个子网的基线,和联合网络调整是对整个网络进行。从计算结果可以看出,相对基线精度达到的顺序 ;基线的计算值约为0.18;基线的平均重复率是0.0028米;调整网络的平均值低于6毫米,和最大的部分是4毫米左右。可以看出,解决方案的结果能满足本文的研究需求。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者声明没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。
确认
这里介绍的工作是国家重点支持的研究和发展项目的拨款2021 yfc3000705-06和2017 yfc1500502-05之下。