中国区域GNSS基准站坐标时间序列非线性变化研究

On January 21 2016, the latest International Terrestrial Reference Frame (ITRF) ITRF2014 has been published by International Earth Rotation and Reference System Service (IERS) and its precision is expected to be higher than ITRF2008. Therefore, it is necessary and meaningful to investigate the noise characteristics and non-linear variations of reference sites coordinate time series in ITRF2014 located in China. This project will help to establish and maintain CGCS2000 reference frame with high-accuracy and improve its stability on seasonal timescales. The main contents of the project includes: (1) In view of the existence of outliers, offsets and common mode errors (CMEs) in GNSS network time series, a uniform pre-processing strategies and models with high-accuracy and high-automatic will be systemically studied; (2) Through cross validation and model validation algorithms, the uncertainties of different geophysical models are assessed reasonably for correction of non-tectonic deformation; (3) Considering that the GNSS coordinate time series exhibit modulated behavior, the methods to extract more precise seasonal signal will be investigated deeply and the impact of colored noise on those methods will be quantitatively analyzed; (4) The spatial-temporal characteristic of GNSS network will be analyzed and modeled to obtain more realistic site's velocity and its uncertainty estimation.

国际地球自转与参考系统服务组织（IERS）已于2016年1月21日发布国际地球参考框架（ITRF）的最新版本ITRF2014，其精度相对于ITRF2008有较大提高。因此，研究我国区域基准站坐标时间序列在ITRF2014下的非线性变化，并给出其可靠的速度及不确定度估计，可以为更新和维持CGCS2000参考框架提供有益参考。本项目着重从以下方面展开研究：分析GNSS坐标时间序列自身特性，结合粗差探测、系统误差补偿、仿真计算等算法，完善数据预处理策略和模型；采用交叉检核、模型验证等算法，合理评估不同地球物理模型精度，减弱非构造形变的影响；研究季节性信号建模方法，深入量化分析有色噪声对模型的影响，提取精确的季节性信号；深入分析观测网坐标时间序列的时空相关性，引入时空相关误差模型，给出更加真实的速度及其不确定度估计。

从GPS坐标时间序列中获取高精度、可靠的坐标和速度及其不确定度估计是各类地学研究的基础和前提条件。本课题较全面、系统地研究了与GPS坐标时间序列分析相关的理论、模型与方法。通过理论推导分析了有色噪声的时频特性；针对GPS坐标时间序列中的数据缺失、中断以及粗差，分别提出了相应的质量控制方法和数据预处理策略；采用基于局部加权回归的趋势-季节性项分解方法对中国区域10个IGS站的长期趋势和季节性信号进行了分析；采用独立成分分析法对中国大陆构造环境监测网络进行了区域网时空滤波，并与传统的主成分分析法、区域堆栈法进行了对比；提出了一种基于网解Kalman滤波和广义模拟退火法相组合的大地测量时间序列分解法，并与最大似然估计法的结果进行了对比。该研究对于我国地心参考框架的建立与维持、高精度基准站速度估计等领域具有一定的理论意义和应用价值。