GPS单历元算法及其在同震位移与海潮负荷检测中的应用研究

GPS单日解在监测地壳形变及板块运动中已发挥了重要作用，但是单日解无法检测出更高频率的地壳形变特征。GPS单历元解算可以获得30秒甚至高频GPS（1HZ及以上）采样率的坐标时间序列，可以检测出地震波、地球潮汐、海潮负荷的地壳瞬时形变。本项目对精密单点单历元定位的数据处理方法进行深入研究，利用较高精度的测站近似坐标和IGS精密星历，准确解算出初始历元的整周模糊度，采用历元间求差的方法，获得cm级精度的单历元坐标。在此基础上利用恒星滤波等方法，剔除GPS星座误差和多路径误差影响，从而获得mm级精度坐标时间序列。通过处理汶川大地震前后的GPS观测资料，提取高频GPS同震位移量，结合地震仪观测数据，分析地震的形变时频响应特征；通过处理广东闸坡海洋站为期一年的GPS数据，研究海潮负荷对沿海验潮站的影响，分析现有海潮模型在我国沿海测站海潮负荷模型改正的适应性。

本项目在现有GAMIT和Bernese等高精度GPS数据处理软件的基础上，研制GPS的单历元定位新方法和软件，并应用于地震位移、滑坡形变及海潮负荷位移的监测。考虑到地震和变形位移在短时间内坐标变化幅度不大的特点，通过快速模糊度搜索算法，有效地解算出初始历元的整周模糊度，再利用历元间求差的方法，获得高精度的测站坐标时间序列，研制出基于形变分析的GPS单历元定位算法和软件IGGGPSEPOCH。在短时段内（如１０分钟内）采用GPS广播星历可实时获得ｍｍ级精度的坐标时间序列，可用于地震的实时预警监测。对于长时段的观测数据，则需要采用精密星历进行后处理。通过对2008年汶川大地震重庆CORS站高频GPS数据的分析，能够有效地检测出汶川地震在重庆发生的地震位移。利用美国板块边界观测网络的P494测站（5hz），采用单历元解有效检测出墨西哥BAJA地震位移。通过处理中国陆态网络192个连续观测站的高频GPS数据，清晰捕捉到了2011年3月11日东日本大地震引起的强运动，震相包括P波，S波，W波以及面波，还检测到地核反射震微震相ScS。利用2005年闸坡验潮站GPS观测数据，有效地检测到海潮负荷产生的位移。GPS单历元算法还可用于实时滑坡变形监测，已应用到远程高精度变形监测与预警系统。本项目的相关成果获得湖北省科技进步一等奖，测绘科技进步二等奖，重庆市科技进步二等奖，军队科技进步二等奖，参加国际学术会议2次，提交论文两篇并作口头报告，发表学术论文8篇，专著１部。