本文關(guān)鍵詞：基于高精度時序GPS處理的區(qū)域速度場及地殼形變特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：GPS技術(shù)，以其觀測精度高、大尺度、全天候、準實時等優(yōu)點愈來愈得到廣大地學(xué)工作者的重視。特別是隨著世界各國大量的GPS連續(xù)跟蹤站的建立，以及數(shù)據(jù)處理精度的不斷提高，GPS已被廣泛應(yīng)用于地球動力學(xué)、地震學(xué)、地球物理學(xué)和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域的研究。 經(jīng)過多年的GPS連續(xù)觀測，已積累了豐富的GPS觀測數(shù)據(jù)，這為區(qū)域地殼形變分析提供了非常豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通常，利用GPS連續(xù)觀測資料提取地殼形變信息的最基本的方法是：通過對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基準站長年連續(xù)觀測得到的GPS數(shù)據(jù)進行精密處理和分析，獲得基準站的坐標時間序列，進而獲取研究區(qū)域高精度速度場，并以其作為檢驗基礎(chǔ)或約束條件，通過對研究區(qū)域動力學(xué)模型的正、反演數(shù)值模擬或計算，可進一步分析其地殼位移、應(yīng)力、應(yīng)變場等動力學(xué)特征，探討其構(gòu)造運動的驅(qū)動力源和動力學(xué)演化模式。 因此，如何正確認知與分離GPS時間序列中各種信息（如趨勢項、周期項、誤差以及各種噪聲等），提高模型參數(shù)的精度和可靠性，從而提高GPS時間序列的精度，進一步獲取高精度的GPS速度場是認識和理解研究區(qū)域運動及變形的基礎(chǔ)；而基于獲取的GPS速度場選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ笕^(qū)域地殼應(yīng)變特征參數(shù)也是合理解釋區(qū)域地殼形變特征的關(guān)鍵。 鑒于以上思路，本文的研究內(nèi)容主要分為兩大部分：一是針對如何獲取高精度的GPS速度場，討論了高精度GPS數(shù)據(jù)處理模型與方法以及GPS坐標時間序列中非構(gòu)造因素的影響。二是在獲取得到高精度的GPS速度場的基礎(chǔ)上，進一步對求取研究區(qū)域應(yīng)變特征的方法進行了探討。所做的主要研究工作和取得的主要成果如下： （1）首先討論了GPS高精度數(shù)據(jù)處理的理論方法與策略，重點探討了GPS時間序列中非構(gòu)造因素影響的消除及分析方法，其中涉及數(shù)據(jù)插值、主成分分析（PCA）、頻譜分析，以及基于地球物理的質(zhì)量負荷改正等方法。 （2）以北美中南部區(qū)域站點2006~2011五年的觀測資料為例，利用PCA有效地提取并剔除了研究區(qū)域GPS站點坐標時間序列的共模誤差，改善了測站坐標的精度和可靠性，進而討論了共模誤差對板塊速度場的影響，為利用GPS技術(shù)提取更準確地殼運動速度場進而獲取微動態(tài)形變信息提供了重要保障。 （3）針對北美中南部區(qū)域GPS站點坐標時間序列，基于地球物理模型對質(zhì)量負荷（大氣、積雪、土壤水）進行了改正。實驗結(jié)果表明，地球物理模型改正質(zhì)量負載對于消除非構(gòu)造形變的效果優(yōu)于諧波擬合改正，有效改善了GPS定位的垂向精度。由對質(zhì)量負載疊加序列的譜分析可以看到，地表質(zhì)量負荷引起的測站位置變化高程（U）方向大于平面（N、E）方向，而負荷改正主要在對年周期項的影響上。 （4）針對國際研究熱點地區(qū)—北美板塊邊界（PBO）區(qū)域進行了形變場獲取與分析。在獲取了該區(qū)域高精度GPS速度場的基礎(chǔ)上，，分別利用Delaunay三角形方法和球面小波方法求取研究區(qū)域的應(yīng)變特征參數(shù)，并與國內(nèi)外對該區(qū)域的研究成果進行對比分析，驗證了球面小波方法的可靠性。因為，小波提供了一個多尺度的估計，其可根據(jù)站點的疏密程度，選取相應(yīng)的框架函數(shù)來估計速度。因此，將其用于范圍較大且站點分布不均勻區(qū)域的速度場估計中，可以更真實的反應(yīng)不同地區(qū)的應(yīng)變情況。 （5）針對中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)GPS站點最新數(shù)據(jù)（2011~2013）進行了精細數(shù)據(jù)處理，獲取得到中國區(qū)域在ITRF框架下速度場，以及相對于歐亞板塊的速度場，分析了現(xiàn)今中國地殼水平運動特征。結(jié)果表明，速度場整體是以南北構(gòu)造帶為界，西部大于東部，滇、緬、藏一帶水平運動的方向、大小變化最為劇烈。此外，青藏地塊東南部的水平速度場呈現(xiàn)繞阿薩姆角順時針偏轉(zhuǎn)的趨勢。 （6）基于本文獲取的中國地區(qū)的高精度地殼水平速度場，進一步利用球面小波法求取了中國區(qū)域的應(yīng)變特征參數(shù)。從結(jié)果可以看到，由于球面小波方法能夠適應(yīng)測站點的疏密變化，多尺度估計速度場，除少量站點外，絕大多數(shù)站點的實測速度場與估計速度場的殘差小于2mm/a，說明球面小波估計得到的速度場與實測的速度場有較好的一致性。從獲取的中國區(qū)域地殼面膨脹率、應(yīng)變率等應(yīng)變特征參數(shù)可以看到，中國大陸中西部構(gòu)造變形強烈，應(yīng)變速率值高，以南北活動構(gòu)造帶為界以東的應(yīng)變率在強度上遠遠弱于西部，西部高值區(qū)以青藏塊體及其邊緣、川滇地區(qū)和新疆西部最為顯著。
【關(guān)鍵詞】：GPS時間序列分析 PCA 質(zhì)量負載 球面小波 應(yīng)變特征參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P228.4;P227
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容14-16
• 第二章 GPS 高精度數(shù)據(jù)處理理論方法與策略16-35
• 2.1 GPS 數(shù)據(jù)處理模型與方法16-25
• 2.1.1 GPS 基線解算16-20
• 2.1.2 GPS 網(wǎng)平差20-23
• 2.1.3 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件簡介23-25
• 2.2 GPS 測量誤差源及影響25-28
• 2.2.1 與 GPS 衛(wèi)星有關(guān)的誤差25-26
• 2.2.2 與信號傳播路徑有關(guān)的誤差26
• 2.2.3 與 GPS 接收機及測站有關(guān)的誤差26-27
• 2.2.4 干擾 GPS 測量結(jié)果的其它因素探討27-28
• 2.3 GPS 時間序列非構(gòu)造因素影響的消除（弱）法28-34
• 2.3.1 數(shù)據(jù)插值方法29
• 2.3.2 主成分分析法29-31
• 2.3.3 時間序列頻譜分析31
• 2.3.4 基于地球物理模型的質(zhì)量負荷改正31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 區(qū)域水平速度場獲取與地殼應(yīng)變特征分析35-47
• 3.1 ITRF 框架下水平速度場的獲取35
• 3.2 相對于穩(wěn)定板塊地殼水平速度場的獲取35-36
• 3.3 區(qū)域地殼應(yīng)變特征參數(shù)的獲取與分析36-46
• 3.3.1 應(yīng)變求解模型概述36-37
• 3.3.2 Delaunay 三角形法37-39
• 3.3.3 多面函數(shù)擬合法39
• 3.3.4 球面小波函數(shù)法39-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 北美區(qū)域 GPS 時間序列及區(qū)域形變場獲取及分析47-69
• 4.1 北美中南部區(qū)域 GPS 站點坐標時間序列分析47-61
• 4.1.1 GPS 站點坐標時間序列的獲取47-49
• 4.1.2 基于 PCA 提取 GPS 序列共模誤差分析49-55
• 4.1.3 基于地球物理模型的質(zhì)量負荷改正55-61
• 4.2 北美 PBO 區(qū)域形變場獲取及特征分析61-68
• 4.2.1 PBO 區(qū)域水平速度場獲取與形變特征分析62-63
• 4.2.2 PBO 區(qū)域地殼應(yīng)變特征參數(shù)獲取與分析63-68
• 4.3 本章小結(jié)68-69
• 第五章 中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)區(qū)域形變場獲取與分析69-80
• 5.1 CMONOC 區(qū)域水平速度場獲取與形變特征分析70-73
• 5.1.1 CMONOC 區(qū)域網(wǎng)基線解算70-71
• 5.1.2 CMONOC 區(qū)域網(wǎng)速度場獲取71-73
• 5.2 CMONOC 區(qū)域地殼應(yīng)變特征參數(shù)獲取與分析73-78
• 5.2.1 球面小波多尺度估計速度場74-77
• 5.2.2 球面小波獲取應(yīng)變特征參數(shù)77-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 結(jié)論與展望80-82
• 參考文獻82-86
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果86-87
• 致謝87

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：基于高精度時序GPS處理的區(qū)域速度場及地殼形變特征研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：338177